JP6549268B1 - Heat exchangers for aircraft engines - Google Patents

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Abstract

【課題】重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能な航空機エンジン用の熱交換器を提供する。【解決手段】この熱交換器100(航空機エンジン用の熱交換器)は、冷却対象流体を流通させるコア部1と、コア部1の表面10に設けられた複数の板状の放熱フィン2とを備える。放熱フィン2は、コア部1の表面10から立ち上がる第1部分21と、第1部分21よりも先端側に配置され、第1部分21よりも小さい厚みを有する第2部分22と、第1部分21と第2部分22との間を接続する第1部分21および第2部分22に対して傾斜した接続部分23とを含む。放熱フィン2は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分23の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。【選択図】図4A heat exchanger for an aircraft engine that can be adapted to weight restrictions and dimensional restrictions and that can improve the amount of heat exchange without increasing pressure loss. A heat exchanger 100 (a heat exchanger for an aircraft engine) includes a core portion 1 through which a fluid to be cooled flows, and a plurality of plate-like radiating fins 2 provided on a surface 10 of the core portion 1. Is provided. The heat radiating fin 2 includes a first portion 21 rising from the surface 10 of the core portion 1, a second portion 22 disposed on the tip side of the first portion 21 and having a thickness smaller than that of the first portion 21, and a first portion 21 and the connection part 23 inclined with respect to the 2nd part 22 are included. In the radiating fin 2, the ratio y / Y of the height y from the surface 10 of the core portion 1 to the formation position of the connecting portion 23 with respect to the total height Y of the radiating fin 2 from the surface 10 of the core portion 1 is 0. It is formed so as to satisfy the relationship of 34 <y / Y <0.64. [Selection] Figure 4

Description

この発明は、航空機エンジン用の熱交換器に関し、特に、放熱フィンを備える航空機エンジン用の熱交換器に関する。   The present invention relates to a heat exchanger for an aircraft engine, and more particularly to a heat exchanger for an aircraft engine equipped with heat dissipating fins.

従来、放熱フィンを備える航空機エンジン用の熱交換器が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   DESCRIPTION OF RELATED ART Conventionally, the heat exchanger for aircraft engines provided with a radiation fin is known (for example, refer patent document 1).

上記特許文献1には、冷却対象流体を流通させる本体(コア部)と、本体の外表面に設けられた複数の放熱フィンとを備える航空機エンジン用の熱交換器が開示されている。この熱交換器は、本体が航空機エンジン内の湾曲面(ファンケーシングの内周面など)に沿うように湾曲した板状形状を有し、航空機エンジン内を流通する空気との熱交換によって冷却対象流体を冷却する熱交換器であり、サーフェスクーラと呼ばれる。各放熱フィンは、本体の表面から、エンジン内の内径方向または外径方向に向けて突出するように設けられ、平板形状を有する。冷却対象流体は、航空機エンジンや航空機内の発電機などに循環供給される潤滑油などである。   Patent Document 1 discloses a heat exchanger for an aircraft engine including a main body (core portion) for circulating a fluid to be cooled, and a plurality of radiation fins provided on the outer surface of the main body. The heat exchanger has a plate-like shape whose main body is curved along a curved surface (such as the inner circumferential surface of a fan casing) in an aircraft engine, and is cooled by heat exchange with air flowing in the aircraft engine. It is a heat exchanger that cools the fluid and is called a surface cooler. Each radiation fin is provided so as to protrude from the surface of the main body toward the inner diameter direction or the outer diameter direction in the engine, and has a flat plate shape. The fluid to be cooled is, for example, lubricating oil circulated to an aircraft engine or a generator in the aircraft.

特許第5442916号公報Patent No. 5442916 gazette

上記特許文献1には記載されていないが、航空機用途の熱交換器では、重量制限や寸法制限が厳しく、実際に放熱フィンを形成する際の加工上の制限が生じるため、本体(コア部)からの放熱フィンの高さや、放熱フィンの数(放熱フィン間のピッチ)、全放熱フィンの総重量に制限が発生する。そのため、熱交換量の改善(増加)を図ることが困難であった。また、熱交換量を改善(増加)させても、各放熱フィンによる圧力損失が増大してしまうと、航空機エンジンの性能に影響するため、従来と比較して圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることも望まれている。   Although not described in the above-mentioned Patent Document 1, in the heat exchanger for aircraft use, the weight restriction and the size restriction are severe, and there is a processing restriction when actually forming the radiation fin, so the main body (core portion) There are limitations on the height of the heat dissipating fins, the number of heat dissipating fins (pitch between the heat dissipating fins), and the total weight of all the heat dissipating fins. Therefore, it has been difficult to improve (increase) the amount of heat exchange. In addition, even if the amount of heat exchange is improved (increased), if the pressure loss due to each radiation fin increases, it affects the performance of the aircraft engine, so heat exchange is performed without increasing the pressure loss compared to the conventional case. It is also desirable to improve the quantity.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることが可能な航空機エンジン用の熱交換器を提供することである。   The present invention has been made to solve the problems as described above, and one object of the present invention is to meet the weight restriction and the size restriction, and to change the amount of heat exchange without increasing the pressure loss. To provide a heat exchanger for an aircraft engine that can improve (increase).

上記目的を達成するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、放熱フィンの内部の熱伝導に着目して、先端側と根元側とで放熱フィンの厚みを異ならせることにより、放熱フィンの重量制限や寸法制限に適合させつつ熱交換量を改善可能であることを見出した。そして、本願発明者らは、さらに放熱フィンの厚みが変化する接続部分の位置によって熱交換量の改善(増加)度合いが変化することを見出し、適切な接続部分の位置範囲を導き出した。すなわち、この発明による航空機エンジン用の熱交換器は、航空機エンジン内の空気流と熱交換を行う航空機エンジン用の熱交換器であって、冷却対象流体を流通させるコア部と、コア部の表面に設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、放熱フィンは、コア部の表面から立ち上がる第1部分と、第1部分よりも先端側に配置され、第1部分よりも小さい厚みを有する第2部分と、第1部分と第2部分との間を接続する第1部分および第2部分に対して傾斜した接続部分とを含み、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、コア部の表面から接続部分の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。なお、接続部分の形成位置とは、傾斜した接続部分の高さ方向の中心位置である。複数の接続部分を有する場合も同様に、各々の接続部分の高さ方向の中心位置を形成位置とする。   In order to achieve the above object, as a result of intensive investigations by the inventors of the present application, the thickness of the radiation fin is made different between the tip end side and the root side, focusing on the heat conduction inside the radiation fin. It has been found that the amount of heat exchange can be improved while meeting the weight and size restrictions. Then, the present inventors further found that the degree of improvement (increase) in the amount of heat exchange changes depending on the position of the connection portion where the thickness of the heat radiation fin changes, and derived a suitable position range of the connection portion. That is, a heat exchanger for an aircraft engine according to the present invention is a heat exchanger for an aircraft engine that exchanges heat with an air flow in the aircraft engine, the core portion for circulating the fluid to be cooled, the surface of the core portion And a plurality of plate-like heat dissipating fins provided on the surface of the core portion, the heat dissipating fins being disposed closer to the tip than the first portion and having a smaller thickness than the first portion. A second portion and a connection portion inclined with respect to the first portion and the second portion connecting between the first portion and the second portion, and relative to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion The ratio y / Y of the height y from the surface of the core portion to the formation position of the connection portion is formed to satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64. In addition, the formation position of a connection part is a center position of the height direction of the inclined connection part. Similarly, in the case of having a plurality of connection portions, the central position in the height direction of each connection portion is taken as the formation position.

この発明による航空機エンジン用の熱交換器では、上記の構成により、高温のコア部に接する根元側の第1部分の厚みを相対的に大きくして放熱フィン内部の熱伝導量を増加させることができるので、伝熱フィンの熱交換量を増加させることができる。また、高速な航空機エンジン内の空気流によって十分な熱交換量が得られる先端側の第2部分の厚みを相対的に小さくすることにより、熱交換量を確保しつつ圧力損失を低減することができる。そして、後述するシミュレーション結果に基づき、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィンを形成することにより、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して概ね2%以上(約1.8%以上)の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。以上により、本発明によれば、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることができる。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the present invention, the thickness of the first portion on the base side in contact with the high temperature core portion can be relatively increased by the above configuration to increase the heat conduction amount inside the radiation fin Since it can do, the amount of heat exchange of a heat transfer fin can be made to increase. In addition, the pressure loss can be reduced while securing the amount of heat exchange by relatively reducing the thickness of the second portion on the tip side where a sufficient amount of heat exchange can be obtained by the airflow in the high-speed aircraft engine. it can. And based on the simulation result mentioned later, by forming a radiation fin so that ratio y / Y may satisfy the relation of 0.34 <y / Y <0.64, it is a rectangular section of the same weight and the same height. It becomes possible to realize the improvement effect of the amount of heat exchange of about 2% or more (about 1.8% or more) compared with the radiation fin. As described above, according to the present invention, the amount of heat exchange can be improved (increased) while being compatible with the weight restriction and the size restriction, and without increasing the pressure loss.

上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、第2部分の厚みxに対する第1部分の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されている。このように、本願発明者らは、上記知見に加えて、第2部分と第1部分との厚みの比(X/x)が1.0<X/x<5.4の範囲において熱交換量が改善することを見出した。これにより、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、圧力損失を増大させることなく熱交換量の改善を図ることが可能となる。また、厚みの比(X/x)が1.0<X/x<5.4の範囲では、第2部分と第1部分との厚みの差が大きくなり過ぎることがないため、実際に放熱フィンを形成する際の放熱フィンの加工性(加工し易さ)を確保することができる。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a ratio X / x of the thickness X of the first portion to the thickness x of the second portion of 1.0 ≦ X / x <5.4. It is formed to satisfy the relationship of Thus, in addition to the above findings, the inventors of the present invention have heat exchange in the range of the ratio (X / x) of the thickness of the second portion to the first portion of 1.0 <X / x <5.4. We found that the amount improved. Thereby, based on the simulation result mentioned later, compared with the radiation fin of the rectangular cross section of the same weight and the same height, it becomes possible to aim at improvement of the heat exchange amount, without increasing a pressure loss. Also, when the thickness ratio (X / x) is in the range of 1.0 <X / x <5.4, the difference in thickness between the second portion and the first portion does not become too large, so heat is actually dissipated The processability (easiness of processing) of the heat dissipating fin at the time of forming the fin can be secured.

上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、放熱フィンの高さ方向における傾斜した接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。このように、本願発明者らは、上記知見に加えて、放熱フィン全高における接続部分の形成範囲の比(h/Y)が0<h/Y<0.64の範囲において熱交換量が大きく改善することを見出した。これにより、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、少なくとも3%以上の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a length h of the inclined connecting portion in the height direction of the radiation fin with respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion. The ratio h / Y is formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.64. Thus, in addition to the above findings, the inventors of the present invention have a large amount of heat exchange when the ratio (h / Y) of the formation range of the connection portion at the total height of the radiation fin is 0 <h / Y <0.64. I found it to improve. Thereby, based on the simulation result mentioned later, it becomes possible to realize the improvement effect of the heat exchange amount of at least 3% or more compared with the radiation fin of the rectangular cross section of the same weight and the same height.

上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、一方側の側面が平坦面であり、他方側の側面において接続部分の傾斜した側面部が形成されている。このように構成すれば、放熱フィンの一方側の側面については、一般的な矩形断面の放熱フィンと同様の単純な平坦面として形成することができる。そして、放熱フィンの他方側の側面において、傾斜した側面部を形成して第1部分と第2部分との厚みを異ならせる事ができる。この構成では、たとえばスカイブ加工(板状基材に対する切り起こしにより放熱フィンを形成する加工)を採用することができるので、加工の容易性を向上させたり、放熱フィンの形状に応じた加工方法の選択の自由度を確保することができる。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a flat side surface on one side and an inclined side surface portion of the connecting portion on the other side surface. According to this structure, the side surface on one side of the heat dissipating fin can be formed as a simple flat surface similar to a general rectangular cross-section heat dissipating fin. And in the side surface of the other side of a radiation fin, the inclined side part can be formed and thickness of a 1st part and a 2nd part can be varied. In this configuration, for example, skive processing (processing to form a radiation fin by cutting and raising a plate-like substrate) can be adopted, so that the ease of processing can be improved, or a processing method corresponding to the shape of the radiation fin It is possible to secure the freedom of choice.

この場合、好ましくは、放熱フィンは、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、放熱フィンの高さ方向における傾斜した接続部分の長さhの比h/Yが、0.20<h/Y<0.50の関係を満たすように形成されている。このように構成すれば、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について約3.7%〜約3.8%のピーク近傍の高い改善効果を実現することが可能となる。   In this case, preferably, the radiation fin has a ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion is 0.20. It is formed to satisfy the relationship of <h / Y <0.50. According to this structure, the heat exchange amount is about 3.7% to about 3.7% without increasing the pressure loss as compared with the radiation fin of the rectangular cross section having the same weight and the same height based on the simulation result described later. It is possible to realize a high improvement effect near the peak of 3.8%.

上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、両側面にそれぞれ、接続部分の傾斜した側面部が形成されている。このように構成すれば、一方側と他方側との各々に傾斜した側面部が形成された放熱フィンを得ることができるので、航空機エンジン内で旋回する空気流に対して放熱フィンのどちらの側面が面していても、熱交換性能に大きな差異が生じない。そのため、片側のみに傾斜した側面部が形成された放熱フィンを設ける場合と異なり、航空機エンジン内の空気流の向きに対する放熱フィンの向きなどの影響を抑制することができるので、熱交換器の設計を容易に行える。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin is formed with inclined side portions of the connection portion on both side surfaces respectively. According to this structure, it is possible to obtain the radiation fin in which the inclined side surface portion is formed on each of the one side and the other side. Therefore, either side of the radiation fin with respect to the swirling air flow in the aircraft engine Does not make a big difference in heat exchange performance. Therefore, unlike the case where the radiation fin in which the inclined side portion is formed on only one side is provided, the influence of the direction of the radiation fin on the direction of the air flow in the aircraft engine can be suppressed, so the design of the heat exchanger Can be done easily.

この場合、好ましくは、放熱フィンは、コア部の表面からの放熱フィンの総高さYに対する、放熱フィンの高さ方向における傾斜した接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.40の関係を満たすように形成されている。このように構成すれば、後述するシミュレーション結果に基づき、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンと比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について概ね3.5%程度の高い改善効果を実現することが可能となる。   In this case, preferably, the radiation fin has a ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion: 0 <h It is formed to satisfy the relationship of /Y<0.40. According to this structure, the heat exchange amount is about 3.5% without increasing the pressure loss as compared with the radiation fin of the rectangular cross section having the same weight and the same height based on the simulation result described later. It is possible to realize a high improvement effect.

上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、第1部分および第2部分は、それぞれ、厚みが略一定の平板状部分である。このように構成すれば、第1部分および第2部分の少なくとも一方を、厚みが変化する曲面状部分にする場合と異なり、第1部分および第2部分を平板状にするだけでよいので、放熱フィンの加工性を損なうことがない。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the first portion and the second portion are each a flat plate portion having a substantially constant thickness. According to this structure, unlike the case where at least one of the first portion and the second portion is a curved surface-shaped portion whose thickness changes, it is only necessary to flatten the first portion and the second portion. There is no loss in the processability of the fins.

上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、放熱フィンは、第1部分と第2部分とが1つの接続部分により接続された形状を有する。このように構成すれば、複数の接続部分によって複数段階に傾斜した断面形状を有するように放熱フィンを形成する場合と比較して、放熱フィンの形状を簡素化することができる。その結果、放熱フィンの厚みを変化させる構成においても、放熱フィンの加工性の低下を極力抑制することができる。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the radiation fin has a shape in which the first portion and the second portion are connected by one connection portion. According to this structure, the shape of the heat dissipating fins can be simplified as compared to the case where the heat dissipating fins are formed to have cross-sectional shapes that are inclined in multiple steps by a plurality of connecting portions. As a result, even in the configuration in which the thickness of the heat dissipating fin is changed, it is possible to suppress the deterioration of the processability of the heat dissipating fin as much as possible.

上記発明による航空機エンジン用の熱交換器において、好ましくは、コア部は、航空機用エンジン内の湾曲面に沿う湾曲形状を有し、かつ、湾曲面と対向する第1表面と、第1表面とは反対側の第2表面とを有する中空板状の形状を有し、複数の放熱フィンは、第1表面および第2表面の少なくとも一方に形成されている。このように構成すれば、航空機エンジン内の湾曲面(ファンケーシングの内周面など)に沿うように形成されたサーフェスクーラにおいて、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能となる。   In the heat exchanger for an aircraft engine according to the above invention, preferably, the core portion has a curved shape along a curved surface in the aircraft engine, and a first surface opposite to the curved surface, and a first surface Has a hollow plate shape having an opposite second surface, and the plurality of heat radiation fins are formed on at least one of the first surface and the second surface. According to this structure, in the surface cooler formed along the curved surface (such as the inner circumferential surface of the fan casing) in the aircraft engine, it is possible to meet the weight restriction and the size restriction, and increase the pressure loss. It is possible to improve the amount of heat exchange without

本発明によれば、上記のように、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能な航空機エンジン用の熱交換器を提供することができる。   According to the present invention, as described above, a heat exchanger for an aircraft engine is provided that is adaptable to weight and size limitations and that can improve the amount of heat exchange without increasing the pressure loss. be able to.

第1および第2実施形態による熱交換器を示した模式的な斜視図である。It is a typical perspective view showing a heat exchanger by a 1st and 2nd embodiment. 図1の500−500線に沿った熱交換器の模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the heat exchanger taken along line 500-500 in FIG. 熱交換器の構造を説明するための模式的な分解斜視図である。It is a typical disassembled perspective view for demonstrating the structure of a heat exchanger. 第1実施形態による熱交換器の放熱フィンの形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape of the radiation fin of the heat exchanger by 1st Embodiment. 第1実施形態における放熱フィンの比y/Yに対する熱交換量の改善率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the improvement rate of the heat exchange amount with respect to ratio y / Y of the radiation fin in 1st Embodiment. 図5の比y/Yに対する圧力損失の比率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the ratio of the pressure loss with respect to ratio y / Y of FIG. 第1実施形態における放熱フィンの比X/xに対する熱交換量の改善率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the improvement rate of the heat exchange amount with respect to ratio X / x of the radiation fin in 1st Embodiment. 図7の比X/xに対する圧力損失の比率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the ratio of the pressure loss with respect to ratio X / x of FIG. 第1実施形態における放熱フィンの比h/Yに対する熱交換量の改善率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the improvement rate of the heat exchange amount with respect to ratio h / Y of the radiation fin in 1st Embodiment. 図9の比h/Yに対する圧力損失の比率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the ratio of the pressure loss with respect to ratio h / Y of FIG. 比較例による放熱フィンの形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape of the radiation fin by a comparative example. 第1実施形態における放熱フィンの具体的構成例(A)〜(D)を示した図である。It is the figure which showed the specific structural example (A)-(D) of the radiation fin in 1st Embodiment. 第2実施形態による熱交換器の放熱フィンの形状を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shape of the radiation fin of the heat exchanger by 2nd Embodiment. 第2実施形態における放熱フィンの比y/Yに対する熱交換量の改善率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the improvement rate of the heat exchange amount with respect to ratio y / Y of the radiation fin in 2nd Embodiment. 図14の比y/Yに対する圧力損失の比率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the ratio of the pressure loss with respect to ratio y / Y of FIG. 第2実施形態における放熱フィンの比X/xに対する熱交換量の改善率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the improvement rate of the heat exchange amount with respect to ratio X / x of the radiation fin in 2nd Embodiment. 図16の比X/xに対する圧力損失の比率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the ratio of the pressure loss with respect to ratio X / x of FIG. 第2実施形態における放熱フィンの比h/Yに対する熱交換量の改善率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the improvement rate of the heat exchange amount with respect to ratio h / Y of the radiation fin in 2nd Embodiment. 図18の比h/Yに対する圧力損失の比率を示した計算結果である。It is the calculation result which showed the ratio of the pressure loss with respect to ratio h / Y of FIG. 第2実施形態における放熱フィンの具体的構成例(A)〜(D)を示した図である。It is the figure which showed the specific structural example (A)-(D) of the radiation fin in 2nd Embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

図1〜図11を参照して、本実施形態による熱交換器100の構成について説明する。本実施形態による熱交換器100は、航空機エンジン用の熱交換器であり、特に、航空機エンジン内に搭載され、航空機エンジン内の空気流と熱交換を行う空冷式の熱交換器(冷却器)として設けられている。航空機エンジンは、ガスタービンエンジンなど、筒状のケーシング内に外部から取り込んだ空気を利用して推進力を発生するタイプのエンジンであり、ケーシング内に高速の空気流が発生する。冷却対象流体は、たとえば、エンジンの潤滑油、エンジンにより駆動させる発電機の潤滑油などである。   The configuration of the heat exchanger 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 11. The heat exchanger 100 according to the present embodiment is a heat exchanger for an aircraft engine, and in particular, is an air-cooled heat exchanger (cooler) mounted in the aircraft engine and exchanging heat with the air flow in the aircraft engine. It is provided as An aircraft engine is a type of engine that generates propulsion using air taken in from outside in a cylindrical casing, such as a gas turbine engine, and a high-speed air flow is generated in the casing. The fluid to be cooled is, for example, lubricating oil of an engine, lubricating oil of a generator driven by the engine, or the like.

(熱交換器の全体構成)
図1〜図3を参照して、熱交換器100の全体構成を説明する。図1の構成例では、熱交換器100は、サーフェスクーラとして構成されている。サーフェスクーラは、板状のコア部1の表面に設けた放熱フィン2に沿って流れる空気流によって、コア部1の内部を流れる冷却対象流体を冷却するタイプの熱交換器である。この場合、熱交換器100は、全体として湾曲した板状形状に形成され、航空機エンジン内の湾曲面S(図2参照)に沿うように配置される。航空機エンジン内の湾曲面Sは、たとえばエンジンのファンケーシングの内周面であるが、空気流にさらされる部位であればエンジン内のどのような部位に設置されてもよい。
(Whole structure of heat exchanger)
The entire configuration of the heat exchanger 100 will be described with reference to FIGS. 1 to 3. In the configuration example of FIG. 1, the heat exchanger 100 is configured as a surface cooler. The surface cooler is a heat exchanger of a type that cools the fluid to be cooled that flows inside the core portion 1 by the air flow that flows along the radiation fins 2 provided on the surface of the plate-like core portion 1. In this case, the heat exchanger 100 is formed into a generally curved plate-like shape, and is disposed along the curved surface S (see FIG. 2) in the aircraft engine. The curved surface S in the aircraft engine is, for example, the inner circumferential surface of the fan casing of the engine, but may be installed at any site in the engine as long as it is exposed to the air flow.

熱交換器100は、典型的には、概ね円筒状の湾曲面Sに沿って周方向(C方向)に1/n周(nは自然数)程度の長さに設けられる。たとえば、熱交換器100は、1/8周程度の長さに形成されるが、熱交換器100は、航空機エンジン内の湾曲面Sの実質的に全周にわたって延びる円環状形状であってもよい。空気流は、概ね航空機エンジン内の軸方向(タービンの回転軸方向)であるA方向(図1参照)に沿って流れる。航空機エンジン内の湾曲面Sは、必ずしも完全な円筒状曲面にはならないため、その場合の熱交換器100の曲率半径は、軸方向(A方向)の位置によって異なる。   The heat exchanger 100 is typically provided in a length of about 1 / n circumference (n is a natural number) in the circumferential direction (C direction) along the generally cylindrical curved surface S. For example, the heat exchanger 100 is formed to have a length of about 1/8, but the heat exchanger 100 may have an annular shape extending substantially all around the curved surface S in the aircraft engine. Good. The air flows along the A direction (see FIG. 1) which is generally axial (in the rotational axis of the turbine) in the aircraft engine. Since the curved surface S in the aircraft engine does not necessarily have a perfect cylindrical curved surface, the radius of curvature of the heat exchanger 100 in that case differs depending on the position in the axial direction (A direction).

図1および図2に示すように、熱交換器100は、冷却対象流体を流通させるコア部1と、コア部1の表面10(図2参照)に設けられた複数の板状の放熱フィン2とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the heat exchanger 100 includes a core portion 1 for circulating a fluid to be cooled, and a plurality of plate-like heat radiation fins 2 provided on the surface 10 (see FIG. 2) of the core portion 1. And

コア部1は、航空機用エンジン内の湾曲面Sに沿う湾曲形状を有する。コア部1は、湾曲面Sと対向する第1表面10aと、第1表面10aとは反対側の第2表面10bとを有する中空板状の形状を有する。コア部1の内部には、流路3(図3参照)が形成されている。図3に示すように、コア部1は、第1表面10a側の第1部材11と、第2表面10b側の第2部材12とが、板厚方向に重ね合わされて構成されている。第2部材12の内表面には、凹部からなる流路3が形成されており、流路3内にコルゲートフィン31が配置されている。流路3の開放面側が第1部材11によって覆われることにより、コア部1の内部に冷却対象流体を流通させる流路3が構成されている。   The core portion 1 has a curved shape along the curved surface S in the aircraft engine. The core portion 1 has a hollow plate shape having a first surface 10a opposite to the curved surface S and a second surface 10b opposite to the first surface 10a. A flow path 3 (see FIG. 3) is formed inside the core portion 1. As shown in FIG. 3, the core portion 1 is configured by overlapping the first member 11 on the first surface 10 a side and the second member 12 on the second surface 10 b side in the thickness direction. A flow passage 3 consisting of a recess is formed on the inner surface of the second member 12, and a corrugated fin 31 is disposed in the flow passage 3. By covering the open surface side of the flow path 3 with the first member 11, the flow path 3 for circulating the fluid to be cooled is configured inside the core portion 1.

流路3は、往路3aと復路3bとを含んだ折り返し形状を有する。往路3aおよび復路3bは、第2部材12に形成された周壁12aおよび仕切部12bによって区画されている。往路3aは、コア部1の長手方向(C方向)の一端から他端にわたって延び、復路3bは、コア部1の長手方向の他端から一端にわたって延びる。往路3aと復路3bとは、コア部1の他端側で連通している。第1部材11の長手方向の一端部に、流入ポート13aと流出ポート13bとを有するヘッダ部13が設けられている。流入ポート13aは、コア部1の一端側において往路3aと外部とを連通させる。流出ポート13bは、コア部1の一端側において復路3bと外部とを連通させる。流入ポート13aおよび流出ポート13bの各々は、図示しない冷却対象流体の流通経路に接続される。   The flow path 3 has a folded shape including the forward path 3a and the return path 3b. The outward path 3 a and the return path 3 b are partitioned by the peripheral wall 12 a and the partition portion 12 b formed in the second member 12. The forward path 3a extends from one end to the other end of the core portion 1 in the longitudinal direction (C direction), and the return path 3b extends from the other end of the core portion 1 in the longitudinal direction to one end. The forward path 3 a and the return path 3 b communicate with each other on the other end side of the core portion 1. At one end in the longitudinal direction of the first member 11, a header portion 13 having an inflow port 13a and an outflow port 13b is provided. The inflow port 13 a brings the forward passage 3 a into communication with the outside on one end side of the core portion 1. The outflow port 13 b brings the return path 3 b into communication with the outside on one end side of the core portion 1. Each of the inflow port 13a and the outflow port 13b is connected to a flow path of the fluid to be cooled (not shown).

コルゲートフィン31は、流路3(往路3a、復路3b)の延びる方向と直交する方向(流路幅方向)に波状に形成された板状フィンである。コルゲートフィン31は、厚み方向の両側の第1部材11および第2部材12とそれぞれ接合され、流路3の内部を複数の微細な流路に区画している。   The corrugated fins 31 are plate-like fins formed in a wave shape in a direction (flow passage width direction) orthogonal to the extending direction of the flow passage 3 (the forward passage 3a and the return passage 3b). The corrugated fins 31 are respectively joined to the first member 11 and the second member 12 on both sides in the thickness direction, and divide the inside of the flow path 3 into a plurality of fine flow paths.

複数の放熱フィン2は、第1表面10aおよび第2表面10bの少なくとも一方に形成されている。図1〜図3の構成例では、複数の放熱フィン2が第1表面10aおよび第2表面10bの両方に設けられている。複数の放熱フィン2は、第1表面10aおよび第2表面10bの一方にのみ設けられてもよい。各放熱フィン2は、板状形状を有する。各放熱フィン2は、各表面10から略垂直な方向に直立して設けられている。複数の放熱フィン2は、互いに平行に、略等間隔(略等ピッチ)で設けられている。図1において、複数の放熱フィン2は、コア部1の短手方向(A方向)に沿って延びている。つまり、複数の放熱フィン2は、航空機エンジン内の軸方向(A方向)に沿って延びる。なお、複数の放熱フィン2は、軸方向(A方向)に対して傾斜してもよい。また、複数の放熱フィン2は、平行でなくてもよく、フィン間の間隔も一定でなくてもよい。個々の放熱フィン2の構造については、後述する。   The plurality of heat dissipating fins 2 are formed on at least one of the first surface 10 a and the second surface 10 b. In the configuration example of FIGS. 1 to 3, a plurality of heat radiation fins 2 are provided on both the first surface 10 a and the second surface 10 b. The plurality of heat dissipating fins 2 may be provided only on one of the first surface 10 a and the second surface 10 b. Each radiation fin 2 has a plate-like shape. Each radiation fin 2 is provided upright in a direction substantially perpendicular to each surface 10. The plurality of radiation fins 2 are provided in parallel with each other at substantially equal intervals (approximately equal pitches). In FIG. 1, the plurality of heat radiation fins 2 extend along the short side direction (direction A) of the core portion 1. That is, the plurality of heat dissipating fins 2 extend along the axial direction (direction A) in the aircraft engine. The plurality of radiation fins 2 may be inclined with respect to the axial direction (direction A). The plurality of heat radiation fins 2 may not be parallel, and the distance between the fins may not be constant. The structure of each radiation fin 2 will be described later.

コア部1は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、銅、インコネル(登録商標)などからなる。放熱フィン2の材質も、コア部1と同様である。放熱フィン2は、たとえば第1部材11および第2部材12を構成する板材に対する加工(切削加工など)によって第1部材11および第2部材12の各々に一体形成される。コア部1は、たとえば、第1部材11、第2部材12、コルゲートフィン31を組み立ててろう付けなどによって互いに接合することにより、形成される。なお、複数の放熱フィン2は、たとえば第1部材11および第2部材12とは別個に形成されて第1部材11および第2部材12の各々に取り付けられてもよい。   The core portion 1 is made of, for example, aluminum or aluminum alloy, stainless steel, titanium, copper, Inconel (registered trademark) or the like. The material of the radiation fin 2 is also the same as that of the core portion 1. The radiation fin 2 is integrally formed on each of the first member 11 and the second member 12 by processing (such as cutting) on the plate material that constitutes the first member 11 and the second member 12, for example. The core portion 1 is formed, for example, by assembling the first member 11, the second member 12, and the corrugated fins 31 and joining them by brazing or the like. The plurality of heat radiation fins 2 may be formed separately from, for example, the first member 11 and the second member 12 and attached to each of the first member 11 and the second member 12.

図3に示したように、冷却対象流体は、ヘッダ部13の流入ポート13aからコア部1の内部の流路3に流入する。冷却対象流体は、流路3内でコルゲートフィン31によって区画された微細な流路部分に分配されて、往路3a、復路3bを順に流れる。一方、コア部1の外側では、航空機エンジンの稼働に伴って、高速の空気流がコア部1の表面10の各放熱フィン2に沿って通過する。その結果、コア部1の内部(流路3内)を流れる冷却対象流体と、外部の空気流との間で、コア部1および各放熱フィン2を介して熱交換が行われる。つまり、高温の冷却対象流体の熱がコルゲートフィン31、第1部材11および第2部材12を介して各放熱フィン2に伝達し、各放熱フィン2から外部の空気流に対して放出される。冷却された冷却対象流体は、ヘッダ部13の流出ポート13bから熱交換器100の外部に流出し、冷却対象流体が利用される装置(エンジンや発電機など)に戻される。   As shown in FIG. 3, the fluid to be cooled flows from the inflow port 13 a of the header portion 13 into the flow path 3 inside the core portion 1. The fluid to be cooled is distributed to the fine flow path portion partitioned by the corrugated fins 31 in the flow path 3 and flows sequentially through the forward path 3a and the return path 3b. On the other hand, outside the core portion 1, a high speed air flow passes along the respective radiation fins 2 on the surface 10 of the core portion 1 as the aircraft engine operates. As a result, heat exchange is performed between the fluid to be cooled flowing inside the core portion 1 (inside the flow path 3) and the air flow from the outside through the core portion 1 and the respective radiation fins 2. That is, the heat of the high-temperature fluid to be cooled is transmitted to the radiation fins 2 through the corrugated fins 31, the first member 11 and the second member 12, and the radiation fins 2 release the air to the outside. The cooled fluid to be cooled flows out of the heat exchanger 100 from the outlet port 13b of the header portion 13, and is returned to the device (engine, generator, etc.) where the fluid to be cooled is used.

[第1実施形態]
(放熱フィン)
次に、第1実施形態による熱交換器100の放熱フィン2の形状について説明する。図1〜図3に示した熱交換器100の個々の放熱フィン2は、詳細には図4に示したような形状に形成されている。図4は、放熱フィン2の延びる方向(A方向)に対して直交する断面における放熱フィン2の形状を示している。図4の下側が、コア部1の表面10側である。以下、放熱フィン2がコア部1の表面10から突出する方向(表面10と直交する方向)を放熱フィン2の高さ方向とする。図4の左右方向が放熱フィン2の厚み方向であり、高さ方向および厚み方向と直交する奥行き方向は、A方向に一致する。なお、図1〜図3では、便宜的に、各放熱フィン2を単純な平板状形状として簡略化して図示している。
First Embodiment
(The radiation fin)
Next, the shape of the radiation fin 2 of the heat exchanger 100 according to the first embodiment will be described. The individual radiation fins 2 of the heat exchanger 100 shown in FIGS. 1 to 3 are formed in the shape as shown in FIG. 4 in detail. FIG. 4 shows the shape of the radiation fin 2 in a cross section orthogonal to the extending direction (direction A) of the radiation fin 2. The lower side of FIG. 4 is the surface 10 side of the core portion 1. Hereinafter, the direction in which the heat dissipating fins 2 protrude from the surface 10 of the core portion 1 (the direction orthogonal to the surface 10) is taken as the height direction of the heat dissipating fins 2. The left and right direction in FIG. 4 is the thickness direction of the radiation fin 2, and the depth direction orthogonal to the height direction and the thickness direction coincides with the A direction. In addition, in FIGS. 1 to 3, for convenience, the respective heat radiation fins 2 are simplified and illustrated as a simple flat plate shape.

図4に示すように、放熱フィン2は、第1部分21と、第2部分22と、接続部分23とを含む。第1部分21は、コア部1の表面10から立ち上がる根元側部分である。第2部分22は、放熱フィン2のうちで第1部分21よりも先端側に配置された部分である。第2部分22は、第1部分21よりも小さい厚みを有する。接続部分23は、第1部分21と第2部分22との間を接続する傾斜した部分である。言い換えると、接続部分23は、厚みの異なる第1部分21と第2部分22との間で厚みが変化する部分である。接続部分23は、第1部分21および第2部分22に対して傾斜した部分である。第1部分21、第2部分22および接続部分23は、一体的に形成されている。   As shown in FIG. 4, the radiation fin 2 includes a first portion 21, a second portion 22, and a connection portion 23. The first portion 21 is a root side portion rising from the surface 10 of the core portion 1. The second portion 22 is a portion of the heat dissipating fin 2 which is disposed closer to the tip than the first portion 21. The second portion 22 has a smaller thickness than the first portion 21. The connecting portion 23 is an inclined portion connecting between the first portion 21 and the second portion 22. In other words, the connection portion 23 is a portion where the thickness changes between the first portion 21 and the second portion 22 having different thicknesses. The connection portion 23 is a portion inclined with respect to the first portion 21 and the second portion 22. The first portion 21, the second portion 22 and the connecting portion 23 are integrally formed.

放熱フィン2は、コア部1の表面10からの総高さY(高さ方向寸法)を有する。総高さYは、たとえば10mm〜50mm程度の範囲で設定され、航空機エンジン内の寸法制限に従って所定値以内に制限される。   The radiation fin 2 has a total height Y (dimension in the height direction) from the surface 10 of the core portion 1. The total height Y is set, for example, in a range of about 10 mm to 50 mm, and is limited within a predetermined value in accordance with the dimensional restriction in the aircraft engine.

第1部分21および第2部分22は、それぞれ、放熱フィン2の高さ方向に沿って延びる。第1部分21および第2部分22のそれぞれは、厚み方向の両方の側面部が直線状となっている。第1実施形態では、第1部分21および第2部分22は、それぞれ、厚み(厚み方向寸法)が略一定の平板状部分である。すなわち、第1部分21は、厚みX、高さ方向の長さy1を有し、同一断面形状で奥行き方向に延びる平板状部分である。第1部分21は、下端部でコア部1の表面10に接続している。第2部分22は、厚みx、高さ方向の長さy2を有し、同一断面形状で奥行き方向に延びる平板状部分である。第2部分22の上端部が放熱フィン2の先端を構成している。上記の通り、厚みx<厚みXの関係となっている。第1部分21の厚みXは、放熱フィン2の最大厚みに等しい。   The first portion 21 and the second portion 22 respectively extend along the height direction of the radiation fin 2. Each of the first portion 21 and the second portion 22 has straight side surfaces in the thickness direction. In the first embodiment, each of the first portion 21 and the second portion 22 is a flat portion having a substantially constant thickness (dimension in the thickness direction). That is, the first portion 21 is a flat portion having the thickness X and the length y1 in the height direction, and having the same cross-sectional shape and extending in the depth direction. The first portion 21 is connected to the surface 10 of the core 1 at its lower end. The second portion 22 has a thickness x and a length y2 in the height direction, and is a flat portion having the same cross-sectional shape and extending in the depth direction. The upper end portion of the second portion 22 constitutes the tip of the radiation fin 2. As described above, the relationship of thickness x <thickness X is established. The thickness X of the first portion 21 is equal to the maximum thickness of the radiation fin 2.

接続部分23は、下端部で第1部分21に接続し、上端部で第2部分22に接続している。接続部分23は、高さ方向の長さhを有する。接続部分23は、高さyの位置に形成されている。接続部分23の形成位置の高さは、表面10から接続部分23の中心(h/2)の位置までの距離とする。   The connecting portion 23 is connected to the first portion 21 at the lower end and to the second portion 22 at the upper end. The connection portion 23 has a height h in the height direction. The connection portion 23 is formed at the position of height y. The height of the formation position of the connection portion 23 is a distance from the surface 10 to the position of the center (h / 2) of the connection portion 23.

接続部分23は、厚み方向の両側に一対の側面部23a、23bを有する。接続部分23は、少なくとも1つの傾斜した側面部を有する。つまり、側面部23a、23bは、図4のように両側が傾斜面となっているか、または片側が傾斜面(図13参照)となっている。なお、本明細書において、接続部分23または側面部23a、23bが傾斜しているとは、第1部分21および第2部分22に対して傾斜していることを意味する。また、接続部分23は、放熱フィン2の高さ方向に対して傾斜している。傾斜した側面部は、側面部が放熱フィン2の高さ方向と平行となる形状、および側面部が放熱フィン2の高さ方向に対して垂直(厚み方向と平行)となる形状を含まない。   The connection portion 23 has a pair of side surface portions 23a and 23b on both sides in the thickness direction. The connection portion 23 has at least one inclined side portion. That is, as shown in FIG. 4, the side portions 23a and 23b are inclined on both sides, or one side is inclined (see FIG. 13). In addition, in this specification, that the connection part 23 or side part 23a, 23b inclines means that it inclines with respect to the 1st part 21 and the 2nd part 22. As shown in FIG. Further, the connection portion 23 is inclined with respect to the height direction of the radiation fin 2. The inclined side surface portion does not include a shape in which the side surface portion is parallel to the height direction of the heat dissipation fin 2 and a shape in which the side surface portion is perpendicular to the height direction of the heat dissipation fin 2 (parallel to the thickness direction).

接続部分23の厚みは、傾斜した側面部23aおよび23bによって、第1部分21の厚みXと第2部分22の厚みxとの間で変化する。図4の例では、接続部分23の最大厚みは厚みXに等しく、接続部分23の最小厚みは厚みxに等しい。側面部23a、23bは、第2部分22に向かって接続部分23の厚みが小さくなるように傾斜している。側面部23aおよび23bは、直線状の傾斜面として形成されている。つまり、側面部23aおよび23bの傾斜角度θは、接続部分23の全体に亘って略一定である。略一定とは、放熱フィン2の加工上の制約や、寸法誤差等によって、上端部および下端部の傾斜角度を変化させたり、傾斜角度がばらつくことを許容することを意味する。図4の例では、側面部23aおよび23bの傾斜角度θは略同一である。   The thickness of the connection portion 23 changes between the thickness X of the first portion 21 and the thickness x of the second portion 22 due to the inclined side portions 23a and 23b. In the example of FIG. 4, the maximum thickness of the connection portion 23 is equal to the thickness X, and the minimum thickness of the connection portion 23 is equal to the thickness x. The side surface portions 23 a and 23 b are inclined such that the thickness of the connection portion 23 decreases toward the second portion 22. The side portions 23a and 23b are formed as linear inclined surfaces. That is, the inclination angle θ of the side portions 23 a and 23 b is substantially constant throughout the connection portion 23. The term “substantially constant” means that the inclination angle of the upper end and the lower end is changed or the inclination angle is allowed to vary due to processing restrictions of the radiation fin 2 or dimensional error. In the example of FIG. 4, the inclination angles θ of the side portions 23a and 23b are substantially the same.

放熱フィン2は、1つの第1部分21と1つの第2部分22とが1つの接続部分23により接続された形状を有する。つまり、放熱フィン2は、1つの第1部分21と1つの第2部分22と、1つの接続部分23との3部分によって構成されている。放熱フィン2は、高さ方向の途中位置(接続部分23)で厚みが絞られた形状に形成されている。   The radiation fin 2 has a shape in which one first portion 21 and one second portion 22 are connected by one connection portion 23. That is, the radiation fin 2 is configured by three parts of one first part 21, one second part 22, and one connection part 23. The radiation fin 2 is formed in a shape in which the thickness is reduced at an intermediate position (connection portion 23) in the height direction.

第1実施形態では、放熱フィン2は、両側面20a、20bにそれぞれ、接続部分23の傾斜した側面部23a、23bが形成されている。図4の例では、図中左側(一方側)の側面20aと、図中右側(他方側)の側面20bとの両方に、傾斜した側面部23a、23bがそれぞれ形成されている。   In the first embodiment, the side surfaces 23a and 23b of the connecting portion 23 are formed on the side surfaces 20a and 20b, respectively. In the example of FIG. 4, inclined side portions 23 a and 23 b are respectively formed on both the side surface 20 a on the left side (one side) in the drawing and the side surface 20 b on the right side (the other side) in the drawing.

放熱フィン2は、左右対称形状となっている。第1部分21、第2部分22、接続部分23は、厚み方向における中心が一致している。放熱フィン2の一方側の側面20aと、他方側の側面20bとは、厚み方向の中心を挟んで対称形状を有する。   The radiation fin 2 has a symmetrical shape. The centers in the thickness direction of the first portion 21, the second portion 22, and the connection portion 23 coincide with each other. The side surface 20a on one side of the radiation fin 2 and the side surface 20b on the other side have a symmetrical shape with the center in the thickness direction being interposed.

(放熱フィンの寸法関係)
次に、放熱フィン2の各部の寸法の関係について説明する。第1実施形態では、放熱フィン2は、放熱フィン2における接続部分23の形成位置の高さy、第1部分21の厚みX、第2部分22の厚みx、接続部分23の長さhなどが、所定の関係を満たすように形成されている。
(Dimension relationship of radiation fin)
Next, the relationship of the dimensions of each part of the radiation fin 2 will be described. In the first embodiment, the radiation fin 2 has a height y of the formation position of the connection portion 23 in the radiation fin 2, a thickness X of the first portion 21, a thickness x of the second portion 22, a length h of the connection portion 23, etc. Are formed to satisfy a predetermined relationship.

図5〜図10は、放熱フィン2の各寸法を可変パラメータとして熱交換量の改善率(増加率)を算出した数値流体力学(Computational fluid dynamics)に基づくシミュレーションの計算結果である。第1実施形態の放熱フィン2の形状が満たすべき所定の関係は、このシミュレーションの計算結果に基づいて導出された。以下、放熱フィン2の形状を計算結果と共に説明する。   FIGS. 5-10 is a calculation result of the simulation based on Computational fluid dynamics (computational fluid dynamics) which computed the improvement rate (increase rate) of heat exchange amount by making each dimension of the radiation fin 2 into a variable parameter. The predetermined relationship which the shape of the radiation fin 2 of the first embodiment should satisfy is derived based on the calculation result of this simulation. Hereinafter, the shape of the radiation fin 2 will be described together with the calculation result.

シミュレーションでは、空気流を3次元定常、圧縮性流れとし、k−ε乱流モデルを用いて計算した。シミュレーション条件として、空気側の流速=100[m/s]、温度=40[℃]、1気圧とし、高温側(コア部1の表面10)の温度=150[℃]とした。放熱フィン2は、アルミニウム製と想定して密度(2702.0[kg/m3])および熱伝導率(237.0[W/(m・K)])を設定した。 In the simulation, the air flow was assumed to be a three-dimensional steady, compressible flow, and calculated using a k- [epsilon] turbulence model. As the simulation conditions, the flow velocity on the air side = 100 [m / s], the temperature = 40 [° C.], and 1 atm, and the temperature on the high temperature side (the surface 10 of the core portion 1) = 150 [° C.]. The radiation fins 2 were set to have a density (2702.0 [kg / m 3 ]) and a thermal conductivity (237.0 [W / (m · K)]) on the assumption that they were made of aluminum.

シミュレーションでは、熱交換量の改善率の指標として、図11に示す比較例を基準(改善率=1)とした。比較例は、根元側と先端側とが同一の厚みXcとなるように形成された矩形断面を有する平板形状の放熱フィンCFである。   In the simulation, the comparative example shown in FIG. 11 is used as a reference (improvement rate = 1) as an index of the improvement rate of the heat exchange amount. The comparative example is a flat heat radiation fin CF having a rectangular cross section formed so that the root side and the tip side have the same thickness Xc.

比較例および第1実施形態の放熱フィン2(CF)の総高さYについては、Y=10[mm]、20[mm]、30[mm]の3パターン(図9および図10を除く)について計算を行った。比較例および第1実施形態の放熱フィン2(CF)は、奥行き方向(流れ方向)の長さを150[mm]とし、奥行方向の全長にわたって断面形状が一定(図4および図11参照)とした。比較例の放熱フィンCFの厚みXcは、放熱フィンCFと第1実施形態の放熱フィン2とで、重量が一致するように設定した。ここでは、放熱フィン2および放熱フィンCFが断面形状一定で奥行き方向の長さが等しいと仮定しているため、重量が等しいとは、断面積が等しいことを表す。   About total height Y of radiation fin 2 (CF) of a comparative example and a 1st embodiment, three patterns of Y = 10 [mm], 20 [mm], and 30 [mm] (except FIG. 9 and FIG. 10) Calculations were made for In the radiation fin 2 (CF) of the comparative example and the first embodiment, the length in the depth direction (flow direction) is 150 [mm], and the cross-sectional shape is constant over the entire length in the depth direction (see FIGS. 4 and 11). did. The thickness Xc of the radiation fin CF of the comparative example was set such that the weight of the radiation fin CF and the weight of the radiation fin 2 of the first embodiment coincide. Here, since it is assumed that the radiation fins 2 and the radiation fins CF have a constant cross-sectional shape and the lengths in the depth direction are equal, equal weights mean that the cross-sectional areas are equal.

計算は、(観点1)接続部分23の形成位置の高さy、(観点2)第2部分22の厚みx、(観点3)高さ方向における接続部分23の長さh(すなわち、接続部分23の形成範囲)、の3観点について行った。   The calculation is as follows: (point 1) height y of the formation position of the connecting portion 23, (point 2) thickness x of the second portion 22, (point 3) length h of the connecting portion 23 in the height direction The formation range of 23) was performed about three viewpoints.

(観点1)接続部分23の形成位置の高さy(図4参照)は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分23の形成位置までの高さyの比y/Yとして、一般化することができる。比y/Yが小さいほど、接続部分23が放熱フィン2の根元側に配置され、比y/Yが大きいほど、接続部分23が放熱フィン2の先端側に配置されることになる。なお、y/Y=0(y=0)のときは第1部分21が形成されず、y/Y=1(y=Y)のときは第2部分22が形成されないため、比y/Yが計算上でとりうる範囲としては、0<y/Y<1となる。   (Viewpoint 1) The height y (see FIG. 4) of the formation position of the connection portion 23 corresponds to the total height Y of the radiation fin 2 from the surface 10 of the core portion 1 from the surface 10 of the core portion 1 to the connection portion 23 It can be generalized as the ratio y / Y of the height y to the formation position. As the ratio y / Y is smaller, the connection portion 23 is disposed on the root side of the radiation fin 2, and as the ratio y / Y is larger, the connection portion 23 is disposed on the tip side of the radiation fin 2. The first portion 21 is not formed when y / Y = 0 (y = 0), and the second portion 22 is not formed when y / Y = 1 (y = Y). It is 0 <y / Y <1 as a range which can be taken in calculation.

(観点2)第2部分22の厚みxは、第2部分22の厚みxに対する第1部分21の厚みXの比X/xとして、一般化することができる。比X/xの値が1のとき、比較例と同じ矩形断面となり、比X/xの値が1よりも大きい場合に先端側の第2部分22が絞られた形状となる。比X/xが小さいほど、放熱フィン2の先端側の絞り(第2部分22と第1部分21との厚みの差)が小さく、比X/xが大きいほど、放熱フィン2の先端側の絞りが大きくなって、第2部分22が相対的に薄くなる。第1実施形態では、x<Xであるので、比X/xが計算上でとりうる範囲としては、1<X/xとなる。   (Aspect 2) The thickness x of the second portion 22 can be generalized as a ratio X / x of the thickness X of the first portion 21 to the thickness x of the second portion 22. When the value of the ratio X / x is 1, the same rectangular cross section as the comparative example is obtained, and when the value of the ratio X / x is larger than 1, the second portion 22 on the tip side is narrowed. The smaller the ratio X / x, the smaller the aperture (difference in thickness between the second portion 22 and the first portion 21) at the tip end of the radiation fin 2, and the larger the ratio X / x, the tip side of the radiation fin 2 As the aperture increases, the second portion 22 becomes relatively thinner. In the first embodiment, since x <X, the ratio X / x can be set as 1 <X / x as a calculationally possible range.

(観点3)高さ方向における接続部分23の長さhは、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、放熱フィン2の高さ方向における接続部分23の長さhの比h/Yとして、一般化することができる。比h/Yの値が小さいほど、接続部分23の傾斜角度θが大きくなり、接続部分23が直角の段差形状に近付く。比h/Yの値が大きいほど、接続部分23の傾斜角度θが小さくなり、放熱フィン2が平板形状に近付く。第1実施形態では、接続部分23が傾斜しているのでh/Y>0となり、h/Y=1のとき第1部分21および第2部分22が形成されないため、比h/Yが計算上でとりうる範囲としては、0<h/Y<1となる。   (Viewpoint 3) The length h of the connection portion 23 in the height direction is the length h of the connection portion 23 in the height direction of the radiation fin 2 with respect to the total height Y of the radiation fin 2 from the surface 10 of the core portion 1 It can be generalized as the ratio h / Y of As the value of the ratio h / Y decreases, the inclination angle θ of the connection portion 23 increases, and the connection portion 23 approaches a step shape with a right angle. As the value of the ratio h / Y increases, the inclination angle θ of the connection portion 23 decreases, and the radiation fin 2 approaches a flat plate shape. In the first embodiment, h / Y> 0 because the connecting portion 23 is inclined, and when h / Y = 1, the first portion 21 and the second portion 22 are not formed, so the ratio h / Y is calculated The range that can be taken is 0 <h / Y <1.

計算では、(観点1)の比y/Y、(観点2)の比X/x、(観点3)の比h/Yのいずれかを可変パラメータとし、他のパラメータを固定パラメータとして、それぞれの観点毎に計算を行った。   In the calculation, one of the ratio y / Y of (viewpoint 1), the ratio X / x of (viewpoint 2), and the ratio h / Y of (viewpoint 3) is taken as a variable parameter, and the other parameters are taken as fixed parameters. Calculation was done for each viewpoint.

〈接続部分の形成位置〉
総高さYに対する接続部分23の形成位置の高さyの比y/Y(観点1)について説明する。図5は、比y/Yを変化させた場合の、比較例(改善率=1)に対する熱交換量の改善率の変化を示し、図6は、比y/Yを変化させた場合の、比較例(比率=1)に対する圧力損失の比率の変化を示している。各図において、それぞれ複数の計算結果をプロットし、近似曲線を求めた。図5、図6は、比y/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比X/x=2.2、比h/Y=0を設定したものである。なお、比h/Y=0は、接続部分23が直角(傾斜角度θ=90度)の段差形状となる場合を表し、可変パラメータの評価のために便宜的に設定したものである。
<Formation position of connection part>
The ratio y / Y (viewpoint 1) of the height y of the formation position of the connection portion 23 to the total height Y will be described. FIG. 5 shows the change in the rate of improvement of the amount of heat exchange relative to the comparative example (rate of improvement = 1) when the ratio y / Y is varied, and FIG. 6 shows the case where the ratio y / Y is varied, The change of the ratio of the pressure loss with respect to a comparative example (ratio = 1) is shown. In each figure, a plurality of calculation results were plotted to obtain an approximate curve. FIG. 5 and FIG. 6 use the ratio y / Y as a variable parameter, and set the ratio X / x = 2.2 and the ratio h / Y = 0 as fixed parameters. The ratio h / Y = 0 represents the case where the connection portion 23 has a step shape with a right angle (tilt angle θ = 90 degrees), and is set for convenience of evaluation of variable parameters.

図5および図6の計算結果に基づき、第1実施形態では、放熱フィン2は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分23の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。   Based on the calculation results of FIG. 5 and FIG. 6, in the first embodiment, the heat dissipating fins 2 are connected from the surface 10 of the core portion 1 to the total height Y of the heat dissipating fins 2 from the surface 10 of the core portion 1. The ratio y / Y of the height y to the formation position of is so formed as to satisfy the relationship 0.34 <y / Y <0.64.

具体的には、図5では、総高さYの各々において共通する傾向として、比y/Y=0.5付近で改善率が最大となっており、約3.5%から約4.8%程度の改善率となっている。比y/Y=0.5から両側に離れるに従って改善率が漸減している。0.34<y/Y<0.64の範囲で、概ね2%(約1.8%)以上の改善率が得られている。図6では、比y/Y=0.34の場合に、Y=20mmで圧力損失が比較例(=1.00)を超えるものの、0.34<y/Yの範囲で急激に低下して比較例を下回ることがわかる。Y=10mmおよび30mmでは圧力損失が一貫して比較例を下回っている。そこで、比y/Yを、0.34<y/Y<0.64とすることにより、比較例に対して圧力損失が上回ることなく、約2%以上の改善率が期待できる。   Specifically, in FIG. 5, the improvement rate becomes maximum around ratio y / Y = 0.5 as a tendency common to each of the total height Y, and it is about 3.5% to about 4.8. The improvement rate is about%. The rate of improvement gradually decreases with the ratio y / Y = 0.5. An improvement rate of about 2% (about 1.8%) or more is obtained in the range of 0.34 <y / Y <0.64. In FIG. 6, when the ratio y / Y = 0.34, although the pressure loss exceeds the comparative example (= 1.00) at Y = 20 mm, it falls sharply in the range of 0.34 <y / Y. It turns out that it is less than a comparative example. At Y = 10 mm and 30 mm, the pressure drop is consistently below the comparative example. Therefore, by setting the ratio y / Y to 0.34 <y / Y <0.64, an improvement rate of about 2% or more can be expected without the pressure loss exceeding that of the comparative example.

なお、接続部分23の形成位置までの高さyは接続部分23の高さ方向の中心(h/2)を基準とするため、たとえば比y/Yが上記範囲の上限または下限近傍の値をとるときは、接続部分23の下端部が総高さYの34%の位置よりも低い位置に配置されてもよいし、接続部分23の上端部が総高さYの64%の位置よりも高い位置に配置されてもよい。   In addition, since the height y to the formation position of the connection portion 23 is based on the center (h / 2) in the height direction of the connection portion 23, for example, the ratio y / Y has a value near the upper limit or the lower limit of the above range. In this case, the lower end of the connection portion 23 may be disposed at a position lower than 34% of the total height Y, or the upper end of the connection portion 23 is more than 64% of the total height Y It may be arranged at a high position.

また、好ましくは、比y/Yは、0.42<y/Y<0.64の関係を満たす。この場合、いずれの総高さYにおいても、圧力損失が比較例を下回り、かつ熱交換量について比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。より好ましくは、比y/Yは、0.45<y/Y<0.59の関係を満たす。この場合、いずれの総高さYにおいても、熱交換量についてピーク近傍の改善率が達成できる。特に、Y=20mm、Y=30mmでは、4%以上の改善率が期待できる。   Also preferably, the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.42 <y / Y <0.64. In this case, at any total height Y, the pressure loss is lower than the comparative example, and an improvement rate of about 3% or more can be expected with respect to the heat exchange amount with respect to the comparative example. More preferably, the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.45 <y / Y <0.59. In this case, at any total height Y, an improvement rate near the peak can be achieved with respect to the heat exchange amount. In particular, at Y = 20 mm and Y = 30 mm, an improvement rate of 4% or more can be expected.

〈第2部分の厚み〉
第2部分22の厚みxに対する第1部分21の厚みXの比X/x(観点2)について説明する。図7、図8は、比X/xを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比h/Y=0を設定した場合の、熱交換量の改善率(図7)および比較例に対する圧力損失の比率(図8)を示している。図7および図8において、比較例(図11参照)は比X/x=1に相当する。
<Thickness of second part>
The ratio X / x of the thickness X of the first portion 21 to the thickness x of the second portion 22 (viewpoint 2) will be described. In FIG. 7 and FIG. 8, the ratio of heat exchange is improved when the ratio x / x is a variable parameter and the ratio y / Y = 0.5 and the ratio h / Y = 0 are set as fixed parameters (FIG. 7) And the ratio of pressure drop to the comparative example (FIG. 8). In FIGS. 7 and 8, the comparative example (see FIG. 11) corresponds to the ratio X / x = 1.

図7および図8の計算結果に基づき、放熱フィン2は、第2部分22の厚みxに対する第1部分21の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されていることが好ましい。   Based on the calculation results of FIG. 7 and FIG. 8, the radiation fin 2 has a ratio X / x of the thickness X of the first portion 21 to the thickness x of the second portion 22 of 1.0 <X / x <5.4. It is preferable that it is formed to satisfy the relationship.

図7では、総高さYの各々において共通する傾向として、比X/x=2.2付近で改善率が最大となっている(約3.5%から約4.8%程度)。そして、比X/x=2.2から両側に離れるに従って改善率が減少する傾向がある。比X/x=1で改善率が0%となっており、1.0<X/x<5.4の範囲で改善率が比較例を上回る。図8の圧力損失の比率では、比X/xがX/x=1.0から増大するに従って圧力損失が単調減少している。そこで、比X/xを、1.0<X/x<5.4の範囲に設定する場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、熱交換量の改善が期待できる。   In FIG. 7, the improvement rate is maximum around the ratio X / x = 2.2 (about 3.5% to about 4.8%) as a tendency common to each of the total heights Y. Then, the improvement rate tends to decrease as the distance from the ratio X / x = 2.2 to both sides. The improvement rate is 0% at the ratio X / x = 1, and the improvement rate exceeds the comparative example in the range of 1.0 <X / x <5.4. In the pressure loss ratio of FIG. 8, the pressure loss monotonously decreases as the ratio X / x increases from X / x = 1.0. Therefore, when the ratio X / x is set in the range of 1.0 <X / x <5.4, an improvement in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss in the comparative example.

ここで、航空機エンジン用の熱交換器100としては、一般に、放熱フィン2の最大厚みXは概ね3mm未満であり、2mm未満や、1mm前後にもなり得る。このため、比X/xが5.4を超える場合、第2部分22の厚みxが小さくなり過ぎ、加工性(加工し易さ)が低下する可能性がある。そこで、比X/xを、1.0<X/x<5.4とする場合、比較例に対して熱交換量を改善しつつ、加工性を確保することができる。   Here, as the heat exchanger 100 for an aircraft engine, generally, the maximum thickness X of the radiation fin 2 is approximately less than 3 mm, and may be less than 2 mm or about 1 mm. For this reason, when the ratio X / x exceeds 5.4, the thickness x of the second portion 22 becomes too small, and the processability (easiness of processability) may be reduced. Therefore, in the case where the ratio X / x is 1.0 <X / x <5.4, the processability can be secured while improving the heat exchange amount with respect to the comparative example.

また、より好ましくは、比X/xは、1.5<X/x<4.5の関係を満たす。1.5<X/x<4.5の範囲では、いずれの総高さYにおいても、改善率が概ね2%以上となることがわかる。そして、圧力損失も比較例を下回る。そのため、比X/xを、1.5<X/x<4.5とすることにより、圧力損失を増大させることなく、熱交換量で比較例に対して約2%以上の改善率が期待できる。   Also, more preferably, the ratio X / x satisfies the relationship of 1.5 <X / x <4.5. In the range of 1.5 <X / x <4.5, it can be seen that the improvement rate is approximately 2% or more at any total height Y. And pressure loss is also less than a comparative example. Therefore, by setting the ratio X / x to 1.5 <X / x <4.5, an improvement rate of about 2% or more over the comparative example is expected in heat exchange amount without increasing the pressure loss. it can.

さらに好ましくは、比X/xは、2.0<X/x<4.2の関係を満たす。この場合、最も改善率の小さいY=10mmに着目しても、比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。そのため、比X/xを、2.0<X/x<4.2とすることにより、圧力損失を増大させることなく、熱交換量で比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。   More preferably, the ratio X / x satisfies the relationship 2.0 <X / x <4.2. In this case, even when focusing on Y = 10 mm, which is the smallest improvement rate, an improvement rate of about 3% or more can be expected relative to the comparative example. Therefore, by setting the ratio X / x to 2.0 <X / x <4.2, an improvement rate of about 3% or more over the comparative example is expected in heat exchange amount without increasing the pressure loss. it can.

〈接続部分の長さ〉
放熱フィン2の総高さYに対する接続部分23の長さhの比h/Y(観点3)について説明する。図9および図10は、比h/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比X/x=2.2を設定した場合の、熱交換量の改善率(図9)および比較例に対する圧力損失の比率(図10)を示している。この計算については、放熱フィン2の総高さY=20mmとした。
<Length of connected part>
The ratio h / Y (viewpoint 3) of the length h of the connection portion 23 to the total height Y of the radiation fin 2 will be described. 9 and 10, when the ratio h / Y is a variable parameter, and the ratio y / Y = 0.5 and the ratio X / x = 2.2 are set as fixed parameters, the improvement rate of the amount of heat exchange (figure 9) shows the pressure drop ratio (FIG. 10) for the comparative example. For this calculation, the total height Y of the heat radiation fins 2 was 20 mm.

図9および図10の計算結果に基づき、第1実施形態では、放熱フィン2は、コア部1の表面10からの放熱フィン2の総高さYに対する、放熱フィン2の高さ方向における接続部分23の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されていることが好ましい。   Based on the calculation results of FIG. 9 and FIG. 10, in the first embodiment, the radiation fin 2 is a connection portion in the height direction of the radiation fin 2 with respect to the total height Y of the radiation fin 2 from the surface 10 of the core portion 1 It is preferable that the ratio h / Y of the length h of 23 be formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.64.

図9では、0<h/Y<0.50付近の範囲で改善率が最大値近傍の略一定値となっている(約3.5%)。そして、なだらかではあるが、比h/Y=0.4から増大するに従って、改善率が単調減少している。比h/Y=0.64においても、改善率は3%を超えている。図10では、比h/Y=0から増大するに従って、圧力損失は単調増加するが、いずれの場合も比較例(=1.00)よりも低い値となっている。そこで、比h/Yを、0<h/Y<0.64の範囲とすることにより、圧力損失を増大させることなく、熱交換量で比較例に対して約3%以上の改善率が期待できる。   In FIG. 9, the improvement rate is substantially constant (about 3.5%) near the maximum value in the range of 0 <h / Y <0.50. And although it is gentle, the improvement rate monotonously decreases as it increases from the ratio h / Y = 0.4. Even at the ratio h / Y = 0.64, the improvement rate exceeds 3%. In FIG. 10, as the ratio h / Y = 0 increases, the pressure loss monotonously increases, but in each case, the value is lower than that of the comparative example (= 1.00). Therefore, by setting the ratio h / Y in the range of 0 <h / Y <0.64, an improvement rate of about 3% or more over the comparative example is expected in heat exchange amount without increasing the pressure loss. it can.

より好ましくは、比h/Yは、0<h/Y<0.40の関係を満たす。この場合、比較例に対して最大値近傍の約3.5%の改善率が期待できる。さらに好ましくは、比h/Yは、0<h/Y<0.20の関係を満たす。図10において、0<h/Y<0.20の範囲では、圧力損失の上昇傾向が緩やかで、概ね一定と見なせる。h/Y=0.20を超えると、比h/Yの増大に伴う圧力損失の傾きが大きくなる。そのため、比h/Yを、0<h/Y<0.20の範囲とすることにより、比較例に対して約3.5%以上の改善率が期待でき、さらに圧力損失を効果的に小さくすることができる。   More preferably, the ratio h / Y satisfies the relationship of 0 <h / Y <0.40. In this case, an improvement rate of about 3.5% near the maximum value can be expected for the comparative example. More preferably, the ratio h / Y satisfies the relationship 0 <h / Y <0.20. In FIG. 10, in the range of 0 <h / Y <0.20, the rising tendency of the pressure loss is gradual and can be regarded as almost constant. When h / Y exceeds 0.20, the slope of the pressure drop along with the increase in the ratio h / Y becomes large. Therefore, by setting the ratio h / Y in the range of 0 <h / Y <0.20, an improvement ratio of about 3.5% or more can be expected with respect to the comparative example, and the pressure loss is effectively reduced. can do.

〈計算結果について〉
空気流れ方向(奥行き方向、A方向)の寸法が同一の場合、放熱フィン2の重量は、断面積によって決まる。上記計算は、図11の比較例と同一高さで同一断面積となる条件で行ったため、第1実施形態の放熱フィン2では、比較例と比べて高さ寸法および重量を変更することがない。従って、図5〜図10の計算結果から第1実施形態の放熱フィン2は、重量制限や寸法制限に適合させながら、熱交換量を改善可能である事が分かる。また、図6、図8および図10の圧力損失の計算結果から、さらに圧力損失を低減可能である事が分かる。
<About calculation results>
If the dimensions in the air flow direction (depth direction, A direction) are the same, the weight of the heat dissipating fins 2 is determined by the cross-sectional area. Since the above calculation was performed under the same height and cross-sectional area as the comparative example of FIG. 11, the height dimension and weight of the radiation fin 2 of the first embodiment are not changed in comparison with the comparative example. . Therefore, it can be understood from the calculation results of FIG. 5 to FIG. 10 that the heat exchange amount can be improved while the heat dissipating fins 2 of the first embodiment are adapted to the weight restriction and the size restriction. Further, it can be understood from the calculation results of the pressure loss in FIGS. 6, 8 and 10 that the pressure loss can be further reduced.

〈放熱フィンの構成例〉
図12(A)〜(D)は、上記の計算結果から得られた各パラメータ範囲に含まれる放熱フィン2の形状の具体例である。図12(A)の放熱フィン2aは、比y/Y=0.50、比X/x=2.2、比h/Y=0.10、の関係を満たすように形成されている。図12(B)の放熱フィン2bは、比y/Y=0.43、比X/x=1.6、比h/Y=0.20、の関係を満たすように形成されている。図12(C)の放熱フィン2cは、比y/Y=0.35、比X/x=5.3、比h/Y=0.40、の関係を満たすように形成されている。図12(D)の放熱フィン2dは、比y/Y=0.63、比X/x=4.4、比h/Y=0.63、の関係を満たすように形成されている。第1実施形態の熱交換器100における放熱フィン2は、このように比y/Y、比X/x、比h/Yの各パラメータについて、上記パラメータ範囲に含まれる様々な変形例が含まれうる。
<Example of configuration of heat radiation fin>
12A to 12D are specific examples of the shape of the radiation fin 2 included in each parameter range obtained from the above calculation results. The radiation fin 2a of FIG. 12A is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.50, ratio X / x = 2.2, and ratio h / Y = 0.10. The radiation fin 2b of FIG. 12B is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.43, ratio X / x = 1.6, and ratio h / Y = 0.20. The radiation fin 2c in FIG. 12C is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.35, ratio X / x = 5.3, and ratio h / Y = 0.40. The radiation fin 2d of FIG. 12D is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.63, ratio X / x = 4.4, and ratio h / Y = 0.63. Thus, the heat dissipating fins 2 in the heat exchanger 100 of the first embodiment include various modifications included in the above parameter range for each parameter of the ratio y / Y, the ratio X / x, and the ratio h / Y. sell.

(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the first embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のシミュレーション結果(図5および図6参照)に基づき、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィン2を形成するので、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、概ね2%以上(約1.8%以上)の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。その結果、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることができる。   In the first embodiment, the radiation fin 2 is formed such that the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.34 <y / Y <0.64 based on the above simulation result (see FIGS. 5 and 6). Therefore, it is possible to realize the improvement effect of the heat exchange amount of about 2% or more (about 1.8% or more) as compared with the radiation fin CF (refer to FIG. 11) of the rectangular cross section with the same weight and the same height. It becomes. As a result, the heat exchange amount can be improved (increased) while being compatible with weight restrictions and size restrictions, and without increasing pressure loss.

また、上記のシミュレーション結果(図7および図8参照)に基づき、比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、圧力損失を増大させることなく熱交換量の改善を図ることが可能となる。また、厚みの比(X/x)が1.0<X/x<5.4の範囲では、第2部分22と第1部分21との厚みの差が大きく(または小さく)なり過ぎることがないため、実際に放熱フィン2を形成する際の放熱フィン2の加工性(加工し易さ)を確保することができる。   Further, based on the above simulation results (see FIGS. 7 and 8), when forming the radiation fin 2 so that the ratio X / x satisfies the relationship of 1.0 <X / x <5.4, the same weight -It becomes possible to aim at improvement of the amount of heat exchange, without making pressure loss increase compared with radiation fin CF (refer to Drawing 11) of the rectangular section of the same height. In addition, when the thickness ratio (X / x) is in the range of 1.0 <X / x <5.4, the difference in thickness between the second portion 22 and the first portion 21 may be too large (or too small). Since the heat dissipating fins 2 are actually formed, the processability (easiness of processing) of the heat dissipating fins 2 can be secured.

また、上記のシミュレーション結果(図9および図10参照)に基づき、比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、少なくとも3%以上の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。   Further, based on the above simulation results (see FIGS. 9 and 10), when forming the radiation fin 2 so that the ratio h / Y satisfies the relationship of 0 <h / Y <0.64, the same weight and the same weight It is possible to realize the improvement effect of the heat exchange amount of at least 3% or more as compared with the radiation fin CF (refer to FIG. 11) of the rectangular cross section of the height.

また、第1部分21および第2部分22を、それぞれ、厚みが略一定の平板状部分とするので、第1部分21および第2部分22の少なくとも一方を厚みが変化する曲面状部分にする場合と異なり、第1部分21および第2部分22を平板状にするだけでよいので、放熱フィン2の加工性を損なうことがない。   In addition, since the first portion 21 and the second portion 22 are flat portions each having a substantially constant thickness, at least one of the first portion 21 and the second portion 22 is a curved portion in which the thickness changes. Unlike the above, since the first portion 21 and the second portion 22 need only be flat, the processability of the radiation fin 2 is not impaired.

また、放熱フィン2を、第1部分21と第2部分22とが1つの接続部分23により接続された形状とするので、複数の接続部分23によって複数段階に傾斜した断面形状の放熱フィンを形成する場合と比較して、放熱フィン2の形状を簡素化することができる。その結果、放熱フィン2の厚みを変化させる構成においても、放熱フィン2の加工性の低下を極力抑制することができる。   Further, since the heat dissipating fins 2 have a shape in which the first portion 21 and the second portion 22 are connected by one connecting portion 23, the plurality of connecting portions 23 form a heat dissipating fin having a cross-sectional shape inclined in multiple steps. The shape of the radiation fin 2 can be simplified as compared with the case where it is carried out. As a result, even in the configuration in which the thickness of the heat dissipating fins 2 is changed, it is possible to suppress the deterioration of the processability of the heat dissipating fins 2 as much as possible.

また、湾曲面Sに沿う湾曲形状を有するコア部1の第1表面10aおよび第2表面10bの少なくとも一方に複数の放熱フィン2を形成するので、航空機エンジン内の湾曲面Sに沿うように形成されたサーフェスクーラにおいて、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善させることが可能となる。   In addition, since a plurality of heat radiation fins 2 are formed on at least one of the first surface 10a and the second surface 10b of the core portion 1 having a curved shape along the curved surface S, it is formed along the curved surface S in the aircraft engine In the surface cooler, it is possible to meet weight and size limitations and to improve the amount of heat exchange without increasing the pressure loss.

また、放熱フィン2の両側面20a、20bにそれぞれ、接続部分23の傾斜した側面部23a、23bを設けるので、一方側と他方側との各々に傾斜した側面部23a、23bが形成された放熱フィン2を得ることができるので、航空機エンジン内で旋回する空気流に対して放熱フィンのどちらの側面が面していても、熱交換性能に大きな差異が生じない。つまり、航空機エンジン内の空気流は、主としてA方向に向かうが、ファンケーシングの内周面に沿って旋回するような流れが生じるため、両側面20a、20bの形状が大きく異なる場合、空気流の旋回方向に対して放熱フィンのどちらの側面を向けるかを考慮する必要がある。そのため、第1実施形態では、航空機エンジン内の空気流の向きに対する放熱フィン2の向きなどの影響を抑制することができるので、熱交換器の設計を容易に行える。特に、側面部23a、23bの傾斜角度θを一致させ、左右対称の放熱フィン2とする場合には、空気流の向きに対して側面20a、20bのどちらが面していても同等の熱交換性能を得ることができる。   Further, since the inclined side portions 23a and 23b of the connection portion 23 are provided on both side surfaces 20a and 20b of the heat dissipating fin 2, the heat is dissipated in which the inclined side portions 23a and 23b are formed on one side and the other side. Since the fins 2 can be obtained, no significant difference occurs in the heat exchange performance, regardless of which side of the radiation fin faces the air flow swirling in the aircraft engine. That is, the air flow in the aircraft engine is mainly directed in the A direction, but a flow occurs that swirls along the inner circumferential surface of the fan casing. Therefore, if the shapes of both side surfaces 20a and 20b differ significantly, the air flow It is necessary to consider which side of the heat dissipating fin is directed to the turning direction. Therefore, in the first embodiment, since the influence of the direction of the heat radiation fins 2 on the direction of the air flow in the aircraft engine can be suppressed, the heat exchanger can be easily designed. In particular, in the case where the inclination angles θ of the side portions 23a and 23b are matched to make the radiation fins 2 symmetrical, the same heat exchange performance is obtained regardless of which of the side surfaces 20a and 20b faces the direction of the air flow. You can get

また、シミュレーション結果(図9および図10参照)に基づき、比h/Yが、0<h/Y<0.40の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について概ね3.5%程度の高い改善効果を実現することが可能となる。   Also, based on the simulation results (see FIGS. 9 and 10), when forming the radiation fin 2 so that the ratio h / Y satisfies the relationship of 0 <h / Y <0.40, the same weight and the same height Compared to the radiation fin CF (see FIG. 11) having a rectangular cross section, it is possible to realize a high improvement effect of about 3.5% in the amount of heat exchange without increasing the pressure loss.

[第2実施形態]
図13〜図20を参照して、第2実施形態について説明する。第2実施形態による熱交換器200(図1〜図3参照)は、放熱フィン2の両側面にそれぞれ、接続部分23の傾斜した側面部23a、23bを形成した上記第1実施形態とは異なり、放熱フィン102の一方側の側面120aを平坦面とし、他方側の側面120bに接続部分123の傾斜した側面部123bを形成した例について説明する。なお、第2実施形態において、放熱フィン102の形状以外の構成は上記第1実施形態と同様であるので、同一の符号を用いることとし、説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 20. The heat exchanger 200 (see FIGS. 1 to 3) according to the second embodiment is different from the first embodiment in which the inclined side portions 23a and 23b of the connection portion 23 are formed on both side surfaces of the radiation fin 2, respectively. An example in which the side surface 120a on one side of the radiation fin 102 is a flat surface, and the inclined side surface portion 123b of the connection portion 123 is formed on the other side surface 120b will be described. In the second embodiment, the configuration other than the shape of the heat dissipating fins 102 is the same as that of the first embodiment, so the same reference numerals will be used and the description will be omitted.

(放熱フィン)
図13に示すように、第2実施形態の放熱フィン102は、第1部分121と、第2部分122と、接続部分123とを含む。放熱フィン102は、1つの第1部分121と1つの第2部分122とが1つの接続部分123により接続された形状を有する。第1部分121および第2部分122は、それぞれ、厚みが略一定の平板状部分である。
(The radiation fin)
As shown in FIG. 13, the radiation fin 102 of the second embodiment includes a first portion 121, a second portion 122, and a connection portion 123. The radiation fin 102 has a shape in which one first portion 121 and one second portion 122 are connected by one connection portion 123. The first portion 121 and the second portion 122 are flat portions each having a substantially constant thickness.

なお、第2実施形態においても、放熱フィン102の各部の寸法については、上記第2実施形態と同じ符号を用いることとする。すなわち、以下の説明において、コア部1の表面10からの放熱フィン102の総高さY、第1部分121の厚みX、第2部分122の厚みx、接続部分123の高さ方向の長さhを用いる。   Also in the second embodiment, the same reference numerals as those in the second embodiment are used for the dimensions of each part of the heat dissipating fins 102. That is, in the following description, the total height Y of the radiation fin 102 from the surface 10 of the core portion 1, the thickness X of the first portion 121, the thickness x of the second portion 122, and the length in the height direction of the connecting portion 123 Use h.

第2実施形態では、放熱フィン102は、一方側の側面120aが平坦面であり、他方側の側面120bにおいて接続部分123の傾斜した側面部123bが形成されている。図13の例では、図中左側(一方側)の側面120aが、高さ方向と略平行な平坦面に形成されている。図中右側(他方側)の側面120bに、傾斜した側面部123bが形成されている。   In the second embodiment, the side surface 120a on one side of the heat dissipating fin 102 is a flat surface, and the inclined side surface portion 123b of the connection portion 123 is formed on the side surface 120b on the other side. In the example of FIG. 13, the side surface 120a on the left side (one side) in the drawing is formed to be a flat surface substantially parallel to the height direction. An inclined side surface portion 123b is formed on the side surface 120b on the right side (the other side) in the drawing.

一方側の側面120aは、第1部分121、第2部分122、接続部分123の各側面部が同一平面内に形成されることにより、表面10から直線状に立ち上がった平坦面となっている。したがって、厚み方向において、第1部分121、第2部分122、接続部分123のそれぞれの一方側の側面部の位置が一致している。   The side surface 120 a on one side is a flat surface rising linearly from the surface 10 by forming the side surfaces of the first portion 121, the second portion 122, and the connection portion 123 in the same plane. Therefore, in the thickness direction, the positions of the side surface portions on one side of each of the first portion 121, the second portion 122, and the connection portion 123 coincide with each other.

他方側の側面120bでは、第1部分121、第2部分122、接続部分123の各側面部が厚み方向の異なる位置に形成されている。第1部分121の他方側の側面部は、側面120aから距離Xの位置に配置され、第2部分122の他方側の側面部は、側面120aから距離xの位置に配置されている。接続部分123の傾斜した側面部123bが、第1部分121の厚みXと第2部分122の厚みxとの差分だけ第2部分122に向かって厚みが減少するように傾斜している。   On the other side 120b, the side portions of the first portion 121, the second portion 122, and the connecting portion 123 are formed at different positions in the thickness direction. The side surface of the other side of the first portion 121 is disposed at a distance X from the side surface 120a, and the side surface of the other side of the second portion 122 is disposed at a distance x from the side surface 120a. The inclined side surface portion 123b of the connection portion 123 is inclined so that the thickness decreases toward the second portion 122 by the difference between the thickness X of the first portion 121 and the thickness x of the second portion 122.

このように第2実施形態では、放熱フィン102は、他方側にのみ傾斜した側面部123bが設けられているため、左右対称ではなく、全体として一方側に偏った形状を有する。放熱フィン102は、厚み方向において図13に示した形状と対称になる形状としてもよい。つまり、放熱フィン102の一方側の側面120aに傾斜した側面部123bを設けて、他方側の側面120bを平坦面としてもよい。   As described above, in the second embodiment, since the radiation fin 102 is provided with the side surface portion 123b inclined only on the other side, it is not symmetrical in the left-right direction, but has a shape that is biased to one side as a whole. The heat dissipating fins 102 may be shaped to be symmetrical to the shape shown in FIG. 13 in the thickness direction. That is, the inclined side surface portion 123b may be provided on the side surface 120a on one side of the heat radiation fin 102, and the side surface 120b on the other side may be a flat surface.

(放熱フィンの寸法関係)
次に、放熱フィン102の各部の寸法の関係について説明する。
(Dimension relationship of radiation fin)
Next, the relationship of the dimensions of each part of the radiation fin 102 will be described.

図14〜図19は、放熱フィン102の各寸法を可変パラメータとして熱交換量の改善率(増加率)を算出したシミュレーションの計算結果である。第2実施形態におけるシミュレーションの計算条件は、上記第1実施形態と同様である。上記第1実施形態では、放熱フィン102(CF)の総高さYについては、Y=10[mm]、20[mm]、30[mm]の3パターンで網羅的に計算を行ったが、第2実施形態では、総高さYの代表値として、Y=20[mm]について計算を行い、熱交換量の改善率および圧力損失を評価した。第2実施形態においても、比y/Y、比X/x、比h/Yをそれぞれ可変パラメータとしたシミュレーションを行った。   FIG. 14 to FIG. 19 show the calculation results of the simulation in which the improvement rate (increase rate) of the heat exchange amount is calculated with each dimension of the heat radiation fin 102 as a variable parameter. The calculation conditions of the simulation in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. In the first embodiment, the total height Y of the radiation fins 102 (CF) is comprehensively calculated with three patterns of Y = 10 [mm], 20 [mm], and 30 [mm], In the second embodiment, calculation was performed for Y = 20 [mm] as a representative value of the total height Y, and the improvement rate of the heat exchange amount and the pressure loss were evaluated. Also in the second embodiment, simulations were performed with the ratio y / Y, the ratio X / x, and the ratio h / Y as variable parameters.

〈接続部分の形成位置〉
総高さYに対する接続部分123の形成位置の高さyの比y/Y(観点1)について説明する。図14および図15は、比y/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比X/x=2.2、比h/Y=0を設定したものである。
<Formation position of connection part>
The ratio y / Y (viewpoint 1) of the height y of the formation position of the connection portion 123 to the total height Y will be described. In FIG. 14 and FIG. 15, the ratio y / Y is a variable parameter, and the ratio X / x = 2.2 and the ratio h / Y = 0 are set as fixed parameters.

図14および図15の計算結果に基づき、第2実施形態では、第1実施形態と同様、放熱フィン102は、コア部1の表面10からの放熱フィン102の総高さYに対する、コア部1の表面10から接続部分123の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている。   Based on the calculation results of FIG. 14 and FIG. 15, in the second embodiment, as in the first embodiment, the radiation fin 102 corresponds to the core portion 1 with respect to the total height Y of the radiation fin 102 from the surface 10 of the core portion 1. The ratio y / Y of the height y from the surface 10 to the formation position of the connection portion 123 is formed to satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64.

具体的には、図14では、0.34<y/Y<0.64の範囲で、約1.8%〜約3.4%程度の改善率となっており、比y/Y=0.57付近で改善率が最大(約3.4%)となっている。一方、図15の圧力損失の比率では、比y/Yが大きくなるに従って、比y/Y=0.44付近で圧力損失が最小(約0.985)になった後、漸増して比y/Y=0.64で比較例と同等(約1)になり、比y/Yが0.64を超えると比較例よりも圧力損失が増大する事がわかる。そこで、比y/Yを、0.34<y/Y<0.64とすることにより、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約1.8%以上の熱交換量の改善が期待できる。   Specifically, in FIG. 14, the improvement ratio is about 1.8% to about 3.4% in the range of 0.34 <y / Y <0.64, and the ratio y / Y = 0 The improvement rate is maximum (about 3.4%) around .57. On the other hand, in the pressure loss ratio of FIG. 15, the pressure loss becomes minimum (about 0.985) near the ratio y / Y = 0.44 as the ratio y / Y increases, and then gradually increases and the ratio y It turns out that it becomes equivalent (about 1) to a comparative example by /Y=0.64, and if ratio y / Y exceeds 0.64, pressure loss will increase rather than a comparative example. Therefore, by setting the ratio y / Y to 0.34 <y / Y <0.64, the improvement of the heat exchange amount of about 1.8% or more is achieved without increasing the pressure loss relative to the comparative example. I can expect it.

また、好ましくは、比y/Yは、0.42<y/Y<0.64の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3%以上の熱交換量の改善が期待できる。   Also preferably, the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.42 <y / Y <0.64. In this case, an improvement of about 3% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss as compared with the comparative example.

〈第2部分の厚み〉
次に、第2部分122の厚みxに対する第1部分121の厚みXの比X/x(観点2)について説明する。図16および図17は、比X/xを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比h/Y=0を設定した場合の、熱交換量の改善率(図16)および比較例に対する圧力損失の比率(図17)を示している。
<Thickness of second part>
Next, the ratio X / x of the thickness X of the first portion 121 to the thickness x of the second portion 122 (viewpoint 2) will be described. FIG. 16 and FIG. 17 have the ratio X / x as a variable parameter, and the improvement rate of the heat exchange amount when the ratio y / Y = 0.5 and the ratio h / Y = 0 are set as fixed parameters (FIG. 16) And the ratio of pressure drop to the comparative example (FIG. 17).

図16および図17の計算結果に基づき、第2実施形態では、第1実施形態と同様、放熱フィン102は、第2部分122の厚みxに対する第1部分121の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されていることが好ましい。   Based on the calculation results of FIG. 16 and FIG. 17, in the second embodiment, the radiation fin 102 has a ratio X / x of the thickness X of the first portion 121 to the thickness x of the second portion 122 as in the first embodiment. Preferably, they are formed to satisfy the relationship of 1.0 <X / x <5.4.

図16では、比X/x=2.2付近で改善率が最大となっている(約3.4%程度)。そして、比X/x=2.2から両側に離れるに従って改善率が減少する傾向がある。比X/x=1および比X/x=5.4で改善率が略0%となっており、1.0<X/x<5.4の範囲で改善率が比較例を上回ることがわかる。図17の圧力損失の比率では、比X/xがX/x=1.0から増大するに従って圧力損失が単調減少している。そこで、比X/xを、1.0<X/x<5.4の範囲に設定する場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、熱交換量の改善が期待できる。   In FIG. 16, the improvement rate is maximum around the ratio X / x = 2.2 (about 3.4%). Then, the improvement rate tends to decrease as the distance from the ratio X / x = 2.2 to both sides. The improvement ratio is approximately 0% at the ratio X / x = 1 and the ratio X / x = 5.4, and the improvement ratio exceeds the comparative example in the range of 1.0 <X / x <5.4. Recognize. In the pressure loss ratio of FIG. 17, the pressure loss monotonously decreases as the ratio X / x increases from X / x = 1.0. Therefore, when the ratio X / x is set in the range of 1.0 <X / x <5.4, an improvement in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss in the comparative example.

また、より好ましくは、比X/xは、1.3<X/x<3.8の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約2%以上の熱交換量の改善が期待できる。さらに好ましくは、比X/xは、1.7<X/x<2.8の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3%以上の熱交換量の改善が期待できる。   Also, more preferably, the ratio X / x satisfies the relationship of 1.3 <X / x <3.8. In this case, an improvement of about 2% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss with respect to the comparative example. More preferably, the ratio X / x satisfies the relationship of 1.7 <X / x <2.8. In this case, an improvement of about 3% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss as compared with the comparative example.

〈接続部分の長さ〉
次に、放熱フィン102の総高さYに対する接続部分123の長さhの比h/Y(観点3)について説明する。図18および図19は、比h/Yを可変パラメータとし、固定パラメータとして比y/Y=0.5、比X/x=2.2を設定した場合の、熱交換量の改善率(図18)および比較例に対する圧力損失の比率(図19)を示している。
<Length of connected part>
Next, the ratio h / Y (viewpoint 3) of the length h of the connection portion 123 to the total height Y of the radiation fin 102 will be described. 18 and 19 show the improvement rate of the amount of heat exchange when the ratio h / Y is a variable parameter and the ratio y / Y = 0.5 and the ratio X / x = 2.2 are set as fixed parameters (Figure 18) and the pressure drop ratio for the comparative example (FIG. 19).

図18の計算結果に基づき、第2実施形態では、第1実施形態と同様、放熱フィン102は、コア部1の表面10からの放熱フィン102の総高さYに対する、放熱フィン102の高さ方向における接続部分123の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されていることが好ましい。   Based on the calculation results of FIG. 18, in the second embodiment, as in the first embodiment, the radiation fin 102 is the height of the radiation fin 102 with respect to the total height Y of the radiation fin 102 from the surface 10 of the core portion 1. It is preferable that the ratio h / Y of the length h of the connection portion 123 in the direction is formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.64.

図18では、比h/Y=0.32付近で改善率が最大となっている(約3.8%)。そして、比h/Y=0.32から離れるに従って改善率が単調減少している。比h/Yが0<h/Y<0.64の範囲で、3.3%以上の熱交換量の改善率が得られることがわかる。図19の圧力損失の比率では、比h/Yが約0.2のときに減少ピーク(約0.99)となり、比h/Yが0<h/Y<0.64の範囲で圧力損失が比較例(=1.00)を下回っている。そこで、比h/Yを、0<h/Y<0.64とすることにより、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3.3%以上の熱交換量の改善が期待できる。   In FIG. 18, the improvement rate is maximum around a ratio h / Y = 0.32 (about 3.8%). The improvement rate monotonously decreases as the ratio h / Y = 0.32. It can be seen that the improvement rate of the heat exchange amount of 3.3% or more can be obtained when the ratio h / Y is in the range of 0 <h / Y <0.64. In the ratio of pressure loss shown in FIG. 19, the decrease peak (about 0.99) is obtained when the ratio h / Y is about 0.2, and the pressure loss falls within the range of 0 <h / Y <0.64. Is below the comparative example (= 1.00). Therefore, by setting the ratio h / Y to 0 <h / Y <0.64, an improvement of about 3.3% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss in the comparative example. .

また、より好ましくは、比h/Yは、0.20<h/Y<0.50の関係を満たす。この場合、比較例に対して圧力損失を増大させることなく、約3.7%以上の熱交換量の改善が期待できる。   Furthermore, more preferably, the ratio h / Y satisfies the relationship of 0.20 <h / Y <0.50. In this case, an improvement of about 3.7% or more in the amount of heat exchange can be expected without increasing the pressure loss with respect to the comparative example.

〈放熱フィンの構成例〉
図20(A)〜(D)は、上記の計算結果から得られた各パラメータ範囲に含まれる放熱フィン102の形状の具体例である。図20(A)の放熱フィン102aは、比y/Y=0.57、比X/x=2.2、比h/Y=0.32の関係を満たすように形成されている。図20(B)の放熱フィン102bは、比y/Y=0.35、比X/x=1.3、比h/Y=0.10の関係を満たすように形成されている。図20(C)の放熱フィン102cは、比y/Y=0.63、比X/x=5.3、比h/Y=0.30の関係を満たすように形成されている。図20(D)の放熱フィン102dは、比y/Y=0.42、比X/x=3.8、比h/Y=0.63の関係を満たすように形成されている。第2実施形態の熱交換器200における放熱フィン102は、このように比y/Y、比X/x、比h/Yの各パラメータについて、上記パラメータ範囲に含まれる様々な変形例が含まれうる。
<Example of configuration of heat radiation fin>
FIGS. 20A to 20D are specific examples of the shape of the radiation fin 102 included in each parameter range obtained from the above calculation results. The radiation fin 102a of FIG. 20A is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.57, ratio X / x = 2.2, and ratio h / Y = 0.32. The radiation fin 102b of FIG. 20B is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.35, ratio X / x = 1.3, and ratio h / Y = 0.10. The radiation fin 102c in FIG. 20C is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.63, ratio X / x = 5.3, and ratio h / Y = 0.30. The radiation fin 102d of FIG. 20D is formed to satisfy the relationship of ratio y / Y = 0.42, ratio X / x = 3.8, and ratio h / Y = 0.63. Thus, the heat dissipating fins 102 in the heat exchanger 200 of the second embodiment include various modifications included in the above parameter range for each parameter of the ratio y / Y, the ratio X / x, and the ratio h / Y. sell.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the second embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のシミュレーション結果(図14および図15参照)に基づき、上記第1実施形態と同様に、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように放熱フィン102を形成するので、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、概ね2%以上(約1.8%以上)の熱交換量の改善効果を実現することが可能となる。その結果、重量制限や寸法制限に適合可能で、かつ、圧力損失を増大させることなく熱交換量を改善(増加)させることができる。   In the second embodiment, based on the above simulation results (see FIGS. 14 and 15), the ratio y / Y satisfies the relationship 0.34 <y / Y <0.64, as in the first embodiment. Since the heat dissipating fins 102 are formed to satisfy the conditions, the heat exchange amount is approximately 2% or more (approximately 1.8% or more) as compared with the heat dissipating fins CF (see FIG. 11) of rectangular cross section having the same weight and height. It is possible to realize the improvement effect of As a result, the heat exchange amount can be improved (increased) while being compatible with weight restrictions and size restrictions, and without increasing pressure loss.

また、上記のシミュレーション結果(図18および図19参照)に基づき、比h/Yが、0.20<h/Y<0.50の関係を満たすように放熱フィン2を形成する場合、同一重量・同一高さの矩形断面の放熱フィンCF(図11参照)と比較して、圧力損失を増大させることなく、熱交換量について約3.7%〜約3.8%のピーク近傍の高い改善効果を実現することが可能となる。   Further, based on the above simulation results (see FIGS. 18 and 19), when forming the radiation fin 2 so that the ratio h / Y satisfies the relationship of 0.20 <h / Y <0.50, the same weight・ High improvement near peak of about 3.7% to about 3.8% in amount of heat exchange, without increasing pressure loss, compared to radiation fins CF (see FIG. 11) of rectangular cross section at the same height It becomes possible to realize the effect.

また、第2実施形態では、放熱フィン102の一方側の側面120aを平坦面とし、他方側の側面120bにおいて接続部分123の傾斜した側面部123bを形成するので、放熱フィン102の一方側の側面120aについては、一般的な矩形断面の放熱フィンCFと同様の単純な平坦面として形成することができる。そして、放熱フィン102の他方側の側面120bにおいて、傾斜した側面部123bを形成して第1部分121と第2部分122との厚みを異ならせる事ができる。また、たとえばスカイブ加工を採用することができるので、加工の容易性を向上させたり、加工方法の選択の自由度を確保することができる。   Further, in the second embodiment, since the side surface 120a on one side of the radiation fin 102 is a flat surface, and the inclined side surface portion 123b of the connection portion 123 is formed on the side surface 120b on the other side, the side surface on one side of the radiation fin 102 The flat portion 120a can be formed as a simple flat surface similar to the general rectangular cross-section heat dissipating fins CF. Then, on the other side surface 120 b of the heat dissipating fin 102, the inclined side surface portion 123 b can be formed to make the first portion 121 and the second portion 122 different in thickness. Further, for example, skive processing can be adopted, so that the easiness of processing can be improved, and the freedom of selection of the processing method can be secured.

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
[Modification]
It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the description of the embodiments described above but by the claims, and further includes all modifications (modifications) within the meaning and scope equivalent to the claims.

たとえば、上記第1および第2実施形態では、サーフェスクーラである熱交換器の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、航空機エンジン用に設けられる熱交換器であればよく、サーフェスクーラ以外のプレートフィン型熱交換器や、シェルアンドチューブ型熱交換器に適用してもよい。その場合、航空機エンジン内の湾曲面Sに沿って熱交換器を設ける必要はなく、熱交換器がエンジン内の所定位置に設置されてもよいし、エンジン内の空気流の一部が分岐して流れるバイパス流路などに熱交換器が設置されてもよい。   For example, although the example of the heat exchanger which is a surface cooler was shown in the said, 1st and 2nd embodiment, this invention is not limited to this. The present invention may be a heat exchanger provided for an aircraft engine, and may be applied to a plate fin type heat exchanger other than a surface cooler or a shell and tube type heat exchanger. In that case, it is not necessary to provide a heat exchanger along the curved surface S in the aircraft engine, the heat exchanger may be installed at a predetermined position in the engine, or part of the air flow in the engine is branched A heat exchanger may be installed in a bypass flow path or the like that flows.

また、上記第1および第2実施形態では、冷却対象流体として、エンジンの潤滑油や発電機の潤滑油などである例を示したが、本発明はこれに限られない。冷却対象流体の種類は特に限定されない。冷却対象流体は、どのような流体であってもよい。   Further, in the first and second embodiments, although an example in which the lubricating oil of the engine or the lubricating oil of the generator is used as the fluid to be cooled is shown, the present invention is not limited to this. The type of fluid to be cooled is not particularly limited. The fluid to be cooled may be any fluid.

また、上記第1および第2実施形態では、コア部1の表面10に設けた複数の放熱フィン2(102)の各々が図4(図13)に示したような所定形状に形成される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、全ての放熱フィンが同じ形状に形成されている必要はなく、一部の放熱フィンについては図11の比較例による放熱フィンCFと同様の形状であってもよい。また、放熱フィンの形状に関するパラメータ(比y/Y、比X/x、比h/Y)は一定値である必要はなく、1つまたは複数の放熱フィン毎に、上記の各パラメータが異なっていてもよい。   In the first and second embodiments, each of the plurality of radiation fins 2 (102) provided on the surface 10 of the core portion 1 is formed into a predetermined shape as shown in FIG. 4 (FIG. 13). However, the present invention is not limited to this. In the present invention, it is not necessary for all the heat dissipating fins to be formed in the same shape, and some of the heat dissipating fins may have the same shape as the heat dissipating fins CF according to the comparative example of FIG. Moreover, the parameters (ratio y / Y, ratio X / x, ratio h / Y) regarding the shape of the radiation fin do not have to be constant values, and the above-mentioned parameters are different for each one or a plurality of radiation fins. May be

また、たとえば図5では、比y/Y以外の固定パラメータ(比X/x、比h/Y)の各々について、X/x=2.2、h/Y=0の値を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、少なくとも、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていればよく、比X/x、比h/Yはどのような値であってもよい。したがって、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていれば、比X/xが1.0<X/x<5.4を満たさない値であってもよいし、比h/Yが0.0<h/Y<0.64を満たさない値であってもよい。   Further, for example, in FIG. 5, an example using values of X / x = 2.2 and h / Y = 0 for each fixed parameter (ratio X / x, ratio h / Y) other than the ratio y / Y is used. Although shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, at least the ratio y / Y should satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64, and the ratio X / x and the ratio h / Y have any values. Good. Therefore, if the ratio y / Y satisfies the relationship 0.34 <y / Y <0.64, the ratio X / x does not satisfy 1.0 <X / x <5.4. The ratio h / Y may be a value that does not satisfy 0.0 <h / Y <0.64.

すなわち、第2部分22の厚みxは第1部分21の厚みXよりも小さいため、比X/xが構造上とりうる範囲としては、1<X/xとなる。X/xのとりうる範囲の上限は、第2部分22の実用上の加工精度の限界および強度の限界に依存する。したがって、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていれば、比X/xが5.4≦X/xの範囲の値であってもよい。   That is, since the thickness x of the second portion 22 is smaller than the thickness X of the first portion 21, the ratio X / x can be 1 <X / x as a structurally possible range. The upper limit of the possible range of X / x depends on the limit of practical processing accuracy and the limit of strength of the second portion 22. Therefore, if the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.34 <y / Y <0.64, the ratio X / x may be a value in the range of 5.4 ≦ X / x.

また、比h/Y=1(h=Y)のときは第1部分21および第2部分22が形成されないため、比h/Yが構造上とりうる範囲としては、h/Y<1となる。したがって、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていれば、比h/Yが0.64<h/Y<1の範囲の値であってもよい。   In addition, since the first portion 21 and the second portion 22 are not formed when the ratio h / Y = 1 (h = Y), h / Y is less than 1 as a structurally possible range of the ratio h / Y. . Therefore, if the ratio y / Y satisfies the relationship of 0.34 <y / Y <0.64, the ratio h / Y may have a value in the range of 0.64 <h / Y <1. .

また、上記第1および第2実施形態では、放熱フィン2(102)が、1つの第1部分21(121)と1つの第2部分22(122)とが1つの接続部分23(123)により接続された形状を有する構成例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第2部分22よりも先端側に接続部分を介して第3部分、第4部分、...をさらに設けることにより、厚みが複数段階で絞られる形状となるように放熱フィンを形成してもよい。たとえば、第1部分〜第3部分を2つの接続部分で接続すれば、放熱フィンは2段階で厚みが絞られる形状となり、第1部分〜第4部分を3つの接続部分で接続すれば、放熱フィンは3段階で厚みが絞られる形状となる。その場合、各々の接続部分の形成位置の高さyについて、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていればよい。   Further, in the first and second embodiments, in the radiation fin 2 (102), one first portion 21 (121) and one second portion 22 (122) are connected by one connection portion 23 (123). Although the configuration example having the connected shape is shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, the third portion, the fourth portion,. . . The heat dissipating fins may be formed to have a shape in which the thickness can be narrowed in a plurality of steps by further providing. For example, if the first to third parts are connected by two connection parts, the radiation fin has a shape in which the thickness can be reduced in two steps, and if the first to fourth parts are connected by three connection parts The fin has a shape that can be reduced in thickness in three steps. In that case, the height y of the formation position of each connection portion may satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64.

また、上記第1および第2実施形態では、第1部分21(121)および第2部分22(122)が、共に、厚み(Xおよびx)が略一定の平板状部分である構成例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第1部分および第2部分の厚みが一定でなくてもよい。たとえば第1部分および第2部分が、先端側に向けて厚みが減少するテーパ状の板状部分であってもよい。この場合、接続部分の側面部の傾斜角度が第1部分および第2部分の側面部の傾斜角度に対して異ならせてもよい。   In the first and second embodiments, the first portion 21 (121) and the second portion 22 (122) both have flat plate-like portions whose thicknesses (X and x) are substantially constant. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the thickness of the first portion and the second portion may not be constant. For example, the first portion and the second portion may be tapered plate-like portions whose thickness decreases toward the distal end. In this case, the inclination angles of the side surface portions of the connection portion may be different from the inclination angles of the side surface portions of the first portion and the second portion.

また、上記第1および第2実施形態では、放熱フィン2(102)を、同一断面形状で奥行き方向に延びる形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明において、放熱フィンの奥行き方向の各位置における形状(第1部分および第2部分の大きさ、接続部分の位置および範囲)は特に限定されない。つまり、放熱フィン(第1部分、第2部分、接続部分)は、奥行き方向の位置によって異なる断面形状を有するように構成されてもよい。その場合でも、奥行き方向のいずれかの位置の断面において、比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たしていればよい。   Moreover, although the example which formed the radiation fin 2 (102) in the shape extended in a depth direction by the same cross-sectional shape was shown in the said, 1st and 2nd embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, the shape (the size of the first portion and the second portion, the position and the range of the connection portion) at each position in the depth direction of the heat dissipation fin is not particularly limited. That is, the heat dissipating fins (the first portion, the second portion, and the connecting portion) may be configured to have different cross-sectional shapes depending on the position in the depth direction. Even in that case, in the cross section at any position in the depth direction, the ratio y / Y may satisfy the relationship of 0.34 <y / Y <0.64.

したがって、たとえば接続部分23の形成位置の高さyが、奥行き方向(空気の流れ方向)の上流側から下流側に向かって変化するように放熱フィン2が形成されていてもよい。つまり、奥行き方向の上流側から下流側に向かって高さyが大きく(比y/Yが大きく)なったり、または小さく(比y/Yが小さく)なったりしてもよい。   Therefore, for example, the radiation fin 2 may be formed such that the height y of the formation position of the connection portion 23 changes from the upstream side to the downstream side in the depth direction (the air flow direction). That is, the height y may be larger (the ratio y / Y is larger) or smaller (the ratio y / Y may be smaller) from the upstream side to the downstream side in the depth direction.

あるいは、第2部分22の厚みxまたは第1部分21の厚みX(比X/x)が、奥行き方向(空気の流れ方向)の上流側から下流側に向かって変化するように放熱フィンが形成されていてもよい。たとえば、奥行き方向の上流側から下流側に向かって厚みxおよび厚みXの一方または両方が大きく(または小さく)なってもよい。この場合、奥行き方向に沿って比X/xの値が変化してもよいし、比X/xを一定に保ったまま厚みxおよび厚みXが変化してもよい。   Alternatively, the radiation fin is formed so that the thickness x of the second portion 22 or the thickness X (ratio X / x) of the first portion 21 changes from the upstream side to the downstream side in the depth direction (flow direction of air) It may be done. For example, one or both of the thickness x and the thickness X may increase (or decrease) from the upstream side to the downstream side in the depth direction. In this case, the value of the ratio X / x may change along the depth direction, or the thickness x and the thickness X may change while keeping the ratio X / x constant.

1 コア部
2(2a〜2d)、102(102a〜102d) 放熱フィン
10 コア部の表面
10a 第1表面
10b 第2表面
20a、20b 側面
21、121 第1部分
22、122 第2部分
23、123 接続部分
23a、23b、123b 傾斜した側面部
100、200 熱交換器(航空機エンジン用の熱交換器)
h 接続部分の長さ
S 湾曲面
X 第1部分の厚み
x 第2部分の厚み
Y 放熱フィンの総高さ
y 接続部分の形成位置の高さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 core part 2 (2a-2d), 102 (102a-102d) Heat dissipation fin 10 surface 10a 1st surface 10b 2nd surface 20a, 20b side 21 and 121 1st part 22 and 122 2nd part 23 and 123 Connection part 23a, 23b, 123b inclined side part 100, 200 heat exchanger (heat exchanger for aircraft engines)
h Length of connecting part S Curved surface X Thickness of first part x Thickness of second part Y Total height of radiation fin y Height of forming position of connecting part

Claims (10)

航空機エンジン内の空気流と熱交換を行う航空機エンジン用の熱交換器であって、
冷却対象流体を流通させるコア部と、
前記コア部の表面に設けられた複数の板状の放熱フィンとを備え、
前記放熱フィンは、
前記コア部の表面から立ち上がる第1部分と、
前記第1部分よりも先端側に配置され、前記第1部分よりも小さい厚みを有する第2部分と、
前記第1部分と前記第2部分との間を接続する前記第1部分および前記第2部分に対して傾斜した接続部分とを含み、
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、前記コア部の表面から前記接続部分の形成位置までの高さyの比y/Yが、0.34<y/Y<0.64の関係を満たすように形成されている、航空機エンジン用の熱交換器。
A heat exchanger for an aircraft engine that exchanges heat with air flow in the aircraft engine, comprising:
A core portion for circulating a fluid to be cooled;
And a plurality of plate-like heat dissipating fins provided on the surface of the core portion;
The radiation fin is
A first portion rising from the surface of the core portion;
A second portion disposed distal to the first portion and having a smaller thickness than the first portion;
And a connecting portion inclined with respect to the first portion and the second portion connecting between the first portion and the second portion,
The ratio y / Y of the height y from the surface of the core portion to the formation position of the connection portion to the total height Y of the heat dissipating fins from the surface of the core portion is 0.34 <y / Y <0. A heat exchanger for aircraft engines, which is configured to meet the .64 relationship.
前記放熱フィンは、
前記第2部分の厚みxに対する前記第1部分の厚みXの比X/xが、1.0<X/x<5.4の関係を満たすように形成されている、請求項1に記載の航空機エンジン用の熱交換器。
The radiation fin is
The ratio X / x of the thickness X of the first portion to the thickness x of the second portion is formed to satisfy the relationship of 1.0 <X / x <5.4. Heat exchanger for aircraft engines.
前記放熱フィンは、
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、
前記放熱フィンの高さ方向における傾斜した前記接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.64の関係を満たすように形成されている、請求項1または2に記載の航空機エンジン用の熱交換器。
The radiation fin is
With respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion,
The ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the heat radiation fin is formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.64. Heat exchanger for an aircraft engine as described.
前記放熱フィンは、一方側の側面が平坦面であり、他方側の側面において前記接続部分の傾斜した側面部が形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の航空機エンジン用の熱交換器。   The aircraft according to any one of claims 1 to 3, wherein the radiation fin has a flat side surface on one side and an inclined side surface portion of the connection portion formed on the other side surface. Heat exchanger. 前記放熱フィンは、
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、
前記放熱フィンの高さ方向における傾斜した前記接続部分の長さhの比h/Yが、0.20<h/Y<0.50の関係を満たすように形成されている、請求項4に記載の航空機エンジン用の熱交換器。
The radiation fin is
With respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion,
The ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin is formed to satisfy the relationship of 0.20 <h / Y <0.50. Heat exchanger for an aircraft engine as described.
前記放熱フィンは、両側面にそれぞれ、前記接続部分の傾斜した側面部が形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の航空機エンジン用の熱交換器。   The heat exchanger for an aircraft engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the radiation fin is formed on both side surfaces with inclined side portions of the connection portion. 前記放熱フィンは、
前記コア部の表面からの前記放熱フィンの総高さYに対する、
前記放熱フィンの高さ方向における傾斜した前記接続部分の長さhの比h/Yが、0<h/Y<0.40の関係を満たすように形成されている、請求項6に記載の航空機エンジン用の熱交換器。
The radiation fin is
With respect to the total height Y of the radiation fin from the surface of the core portion,
The ratio h / Y of the length h of the inclined connection portion in the height direction of the radiation fin is formed to satisfy the relationship of 0 <h / Y <0.40. Heat exchanger for aircraft engines.
前記第1部分および前記第2部分は、それぞれ、厚みが略一定の平板状部分である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の航空機エンジン用の熱交換器。   The heat exchanger for an aircraft engine according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the first portion and the second portion is a flat portion having a substantially constant thickness. 前記放熱フィンは、前記第1部分と前記第2部分とが1つの前記接続部分により接続された形状を有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の航空機エンジン用の熱交換器。   The heat exchanger for an aircraft engine according to any one of claims 1 to 8, wherein the heat radiation fin has a shape in which the first portion and the second portion are connected by the one connection portion. 前記コア部は、航空機用エンジン内の湾曲面に沿う湾曲形状を有し、かつ、前記湾曲面と対向する第1表面と、前記第1表面とは反対側の第2表面とを有する中空板状の形状を有し、
複数の前記放熱フィンは、前記第1表面および前記第2表面の少なくとも一方に形成されている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の航空機エンジン用の熱交換器。
The core portion has a curved shape along a curved surface in an aircraft engine, and a hollow plate having a first surface opposite to the curved surface and a second surface opposite to the first surface. It has a shape of
The heat exchanger for an aircraft engine according to any one of claims 1 to 9, wherein a plurality of the radiation fins are formed on at least one of the first surface and the second surface.
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